JP2024018002A - Operation management support device and operation management support method - Google Patents

Operation management support device and operation management support method Download PDF

Info

Publication number
JP2024018002A
JP2024018002A JP2022121029A JP2022121029A JP2024018002A JP 2024018002 A JP2024018002 A JP 2024018002A JP 2022121029 A JP2022121029 A JP 2022121029A JP 2022121029 A JP2022121029 A JP 2022121029A JP 2024018002 A JP2024018002 A JP 2024018002A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
prediction model
control value
control
result
value prediction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022121029A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
豊 三宮
佳記 西田
一郎 山野井
信幸 中村
浩人 横井
潤也 田畑
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2022121029A priority Critical patent/JP2024018002A/en
Publication of JP2024018002A publication Critical patent/JP2024018002A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

【課題】プラントの運転員による意思決定の迅速化及び精度向上を支援する。【解決手段】運転管理支援装置100は、プラント210の運転に関する所定の制御について、プラント210の実績を示す計測データを入力して、1以上の制御値予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御値を算出する制御値予測モデル計算部150と、制御値予測モデルごとの予測制御値を入力して、結果予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御結果を算出する結果予測モデル計算部160と、制御値予測モデルごとの予測制御結果と予め定められたプラント210の制御目標値とを比較して、各予測制御結果を算出した制御値予測モデルの精度を評価することにより、プラント210に適用して好適な制御値予測モデルを判断する精度評価処理部170と、予測制御値及び評価の結果を少なくとも含む処理結果情報を出力する出力処理部(表示処理部180)と、を備える。【選択図】図1[Problem] To support plant operators in speeding up and improving the accuracy of decision-making. An operation management support device 100 inputs measurement data indicating the performance of a plant 210 for predetermined control regarding the operation of a plant 210, and performs predictive control for each control value prediction model from one or more control value prediction models. A control value prediction model calculation unit 150 that calculates a control value prediction model, and a result prediction model calculation unit 160 that inputs a prediction control value for each control value prediction model and calculates a predictive control result for each control value prediction model from the result prediction model. , applied to the plant 210 by comparing the predictive control results of each control value predictive model with a predetermined control target value of the plant 210 and evaluating the accuracy of the control value predictive model that calculated each predictive control result. and an output processing section (display processing section 180) that outputs processing result information including at least predicted control values and evaluation results. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、運転管理支援装置及び運転管理支援方法に関し、上下水プラント、化学プラント、電力プラント、またはゴミ処理場等の運転管理システムを支援する運転管理支援装置及び運転管理支援方法に適用して好適なものである。 The present invention relates to an operation management support device and an operation management support method, and is applicable to an operation management support device and an operation management support method that support operation management systems of water and sewage plants, chemical plants, electric power plants, garbage disposal plants, etc. It is suitable.

上下水プラントでは、人口減少に伴う需要の減少、施設の老朽化、及び人材不足などの課題に対応するために、施設の統廃合や再配置が進められている。特に水道分野では、2018年に改正された水道法において、水道事業者の努力義務として、長期的な観点から水道施設の計画的な更新が記述されており、施設の統廃合や再配置の重要性が明確化されている。 Water and sewage plants are undergoing consolidation and relocation of facilities in order to respond to issues such as decreasing demand due to population decline, aging facilities, and a lack of human resources. Particularly in the water supply field, the Water Supply Law revised in 2018 states that water utilities are required to make efforts to systematically update water supply facilities from a long-term perspective, and it emphasizes the importance of consolidating, abolishing, and relocating facilities. has been clarified.

現状、上下水プラントもしくは化学、電力プラントなどのプラント管理業務は、運転員の目視と経験を頼りにして管理している場面があり、プラントが24時間連続操業しているなかで、運転員を常時滞在させることにより対応していることが多い。しかし、将来人材不足が発生したときの解決策を今から考える必要がある。人員配置を効率化するために施設の統廃合や再配置を進めると、統合拠点から集中監視する体制となる。今後、統合拠点からの集中監視体制に切り替える事業体は増加していくと予想されるが、人員再配置の結果、運転員一人当たりの業務量の増加、及び経験の少ない施設の管理による判断力の低下などが懸念される。また、熟練の運転員が減少するため、経験の少ない運転員へのノウハウ及び技術の継承がさらに困難になることも懸念される。 Currently, plant management operations such as water and sewage plants, chemical plants, and power plants rely on the visual observation and experience of operators. This is often dealt with by having them stay permanently. However, we need to start thinking about solutions now when a shortage of human resources occurs in the future. If facilities are consolidated or relocated in order to make staffing more efficient, a system will become available for centralized monitoring from an integrated base. In the future, it is expected that an increasing number of business entities will switch to a centralized monitoring system from an integrated base, but as a result of personnel reallocation, the amount of work per operator will increase, and the decision-making ability due to facility management with little experience will increase. There are concerns about a decline in There is also a concern that as the number of skilled operators decreases, it will become more difficult to pass on know-how and techniques to less experienced operators.

上記のような状況への対応として、人員の再配置後も施設の維持管理業務を継続するために、運転員の五感または経験をIoT(Internet of Things)及びAI(Artificial Intelligence)技術で代替するソリューションが近年提供されている。また、ディープラーニングなどの機械学習技術を用いて、異常検知、制御値及び結果の予測等を行うシステムも提供されている。 In response to the above situation, in order to continue facility maintenance and management operations even after personnel are relocated, the five senses or experience of operators will be replaced by IoT (Internet of Things) and AI (Artificial Intelligence) technologies. Solutions have been provided in recent years. Additionally, systems are also provided that use machine learning techniques such as deep learning to detect anomalies, predict control values and results, and the like.

例えば特許文献1には、より精度の高い予測モデルをより効率的に生成することを目的とした予測システムとして、「制御対象を制御するための制御演算を実行する制御演算部と、制御演算部が参照可能な状態値のうち1または複数の状態値を予測モデルに入力することで予測値を算出する予測部と、予測モデルを予め生成する予測モデル生成部とを含む。予測モデル生成部は、予測対象の時系列データと、対応する1または複数の状態値の時系列データとを含む第1の学習用データセットに基づいて第1の予測モデルを生成する手段と、1または複数の状態値の実績値が予め定められた条件を満たすと、当該1または複数の状態値の実績値を第1の学習用データセットに追加して生成される第2の学習用データセットに基づいて第2の予測モデルを生成する手段と、第1の予測モデルの性能と第2の予測モデルの性能とを提示する手段とを含む、予測システム」が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a prediction system that aims to more efficiently generate a prediction model with higher accuracy as follows: ``A control calculation unit that executes control calculations for controlling a controlled object; includes a prediction unit that calculates a predicted value by inputting one or more state values that can be referenced into a prediction model, and a prediction model generation unit that generates a prediction model in advance.The prediction model generation unit , means for generating a first prediction model based on a first learning dataset including time series data to be predicted and time series data of one or more corresponding state values; and one or more states. When the actual value of the value satisfies a predetermined condition, the actual value of the one or more state values is added to the first learning dataset, and the second learning dataset is generated. and means for presenting the performance of the first prediction model and the performance of the second prediction model.''

特開2022-28338号公報JP2022-28338A

上述した特許文献1のように、従来、プラント運転に関わる制御値の予測に機械学習を用いるシステムが提案されている。しかし、機械学習は学習に使用したデータの範囲内で精度の高い制御値予測モデルを作成できる反面、学習に使用したデータの範囲を逸脱する場合、すなわちこれまでに実績のない条件になった場合に、正確な制御値を予測できない可能性があった。また、制御値予測モデルの内容がブラックボックスであるため、説明性に課題があった。さらに、プラントごとに仕様がそれぞれ異なることから、プラントの知見などが活用(横展開)され難いという課題もあった。 As in the above-mentioned Patent Document 1, systems that use machine learning to predict control values related to plant operation have been proposed. However, while machine learning can create highly accurate control value prediction models within the range of the data used for learning, when the data falls outside the range of the data used for learning, i.e. when conditions have not been proven before. However, there was a possibility that accurate control values could not be predicted. Furthermore, since the contents of the control value prediction model are black boxes, there was a problem with explainability. Furthermore, since each plant had different specifications, there was also the issue that it was difficult to utilize (horizontally deploy) plant knowledge.

例えば特許文献1では、第1の制御の結果を予測するモデルと、計測データが過去の実績から外れたことを検知する外れ値検知モデルとを具備し、計測データが過去の実績から外れたことを外れ値検知モデルが検知した場合に、新しい第2の結果予測モデルを作成し、第1及び第2の結果予測モデルの性能を提示する。このとき、結果予測モデルに必要な計測データを入力したうえで、制御値をパラメータとして入力し、最適な結果を出力するときの制御値を算出し、運転員に提示する処理を追加する必要があるが、結果予測モデルの内容がブラックボックスであることから、説明性に課題が残っていた。 For example, Patent Document 1 includes a model that predicts the result of the first control and an outlier detection model that detects when measurement data deviates from past performance. When the outlier detection model detects, a new second result prediction model is created and the performance of the first and second result prediction models is presented. At this time, it is necessary to input the measurement data necessary for the result prediction model, input the control value as a parameter, calculate the control value to output the optimal result, and add processing to present it to the operator. However, because the content of the result prediction model is a black box, problems with explainability remained.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、プラントの運転員による意思決定の迅速化及び精度向上を支援することが可能な運転管理支援装置及び運転管理支援方法を提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and aims to propose an operation management support device and an operation management support method that can support speeding up and improvement of accuracy of decision-making by plant operators. It is.

かかる課題を解決するため本発明においては、プラントの運転に関する所定の制御について、前記プラントの実績を示す計測データを入力として前記制御における制御値の予測値である予測制御値を算出する1以上の制御値予測モデルと、前記予測制御値を入力として前記制御の制御結果の予測値である予測制御結果を算出する結果予測モデルと、前記計測データを入力して、1以上の前記制御値予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御値を算出する制御値予測モデル計算部と、前記制御値予測モデル計算部によって算出された制御値予測モデルごとの予測制御値を入力して、前記結果予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御結果を算出する結果予測モデル計算部と、前記結果予測モデル計算部によって算出された制御値予測モデルごとの予測制御結果と予め定められた前記プラントの制御目標値とを比較して、それぞれの予測制御結果を算出した制御値予測モデルの精度を評価することにより、前記プラントに適用して好適な制御値予測モデルを判断する精度評価処理部と、前記制御値予測モデル計算部によって算出された予測制御値、及び前記精度評価処理部による評価の結果を少なくとも含む処理結果情報を出力する出力処理部と、を備えることを特徴とする運転管理支援装置が提供される。 In order to solve this problem, the present invention provides one or more methods for calculating a predicted control value, which is a predicted value of a control value in the control, by inputting measurement data indicating the performance of the plant, regarding a predetermined control regarding the operation of the plant. a control value prediction model, a result prediction model that uses the predicted control value as input to calculate a predictive control result that is a predicted value of the control result of the control, and one or more of the control value prediction models that input the measurement data. a control value prediction model calculation unit that calculates a prediction control value for each control value prediction model from the control value prediction model calculation unit; and a control value prediction model calculation unit that calculates a prediction control value for each control value prediction model calculated by the control value prediction model calculation unit; a result prediction model calculation unit that calculates a predictive control result for each control value prediction model from the result prediction model calculation unit; and a prediction control result for each control value prediction model calculated by the result prediction model calculation unit and a predetermined control target value for the plant. an accuracy evaluation processing unit that determines a suitable control value prediction model to be applied to the plant by evaluating the accuracy of the control value prediction model that calculated each predictive control result; An operation management support device is provided, comprising: an output processing unit that outputs processing result information including at least a predictive control value calculated by a predictive model calculation unit and a result of evaluation by the accuracy evaluation processing unit. Ru.

また、かかる課題を解決するため本発明においては、プラントの運転に関する所定の制御に対する運転員の意思決定を支援する運転管理支援装置による運転管理支援方法であって、前記運転管理支援装置は、前記プラントの実績を示す計測データを入力として前記制御における制御値の予測値である予測制御値を算出する1以上の制御値予測モデルと、前記予測制御値を入力として前記制御の制御結果の予測値である予測制御結果を算出する結果予測モデルと、を有し、前記運転管理支援装置が、前記計測データを入力して、1以上の前記制御値予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御値を算出する制御値予測モデル計算ステップと、前記運転管理支援装置が、前記制御値予測モデル計算ステップで算出された制御値予測モデルごとの予測制御値を入力して、前記結果予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御結果を算出する結果予測モデル計算ステップと、前記運転管理支援装置が、前記結果予測モデル計算ステップで算出された制御値予測モデルごとの予測制御結果と予め定められた前記プラントの制御目標値とを比較して、それぞれの予測制御結果を算出した制御値予測モデルの精度を評価することにより、前記プラントに適用して好適な制御値予測モデルを判断する精度評価ステップと、前記運転管理支援装置が、前記制御値予測モデル計算ステップで算出された予測制御値、及び前記精度評価ステップによる評価の結果を少なくとも含む処理結果情報を出力する出力ステップと、を備えることを特徴とする運転管理支援方法が提供される。 Further, in order to solve such problems, the present invention provides an operation management support method using an operation management support device that supports an operator's decision making regarding predetermined control regarding the operation of a plant, the operation management support device comprising: one or more control value prediction models that calculate a predicted control value that is a predicted value of the control value in the control using measurement data indicating plant performance as input; and a predicted value of the control result of the control using the predicted control value as input. a result prediction model that calculates a predictive control result, the operation management support device inputs the measurement data and calculates a predicted control value for each control value prediction model from one or more of the control value prediction models. a control value prediction model calculation step for calculating a control value, and the operation management support device inputs the predicted control value for each control value prediction model calculated in the control value prediction model calculation step, and calculates the control value from the result prediction model. A result prediction model calculation step of calculating a predictive control result for each prediction model, and the operation management support device calculates the predictive control result for each control value prediction model calculated in the result prediction model calculation step and the predetermined plant an accuracy evaluation step of determining a suitable control value prediction model to be applied to the plant by comparing the control value prediction model with the control target value and evaluating the accuracy of the control value prediction model that calculated each predictive control result; The operation management support device is characterized by comprising an output step of outputting processing result information including at least the predicted control value calculated in the control value prediction model calculation step and the result of the evaluation by the accuracy evaluation step. An operation management support method is provided.

本発明によれば、プラントの運転員による意思決定の迅速化及び精度向上を支援することができる。 According to the present invention, it is possible to support plant operators in speeding up and improving the accuracy of decision making.

本発明の第1の実施形態に係る運転管理支援装置100の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of an operation management support device 100 according to a first embodiment of the present invention. 制御値予測モデル学習処理の処理手順例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a control value prediction model learning process. 制御値予測モデル精度評価処理の処理手順例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a control value prediction model accuracy evaluation process. 結果予測モデル精度評価処理の処理手順例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a result prediction model accuracy evaluation process. 処理結果画面190の一例を示す図である。19 is a diagram showing an example of a processing result screen 190. FIG. 本発明の第2の実施形態に係る運転管理支援装置300の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram showing an example of composition of operation management support device 300 concerning a 2nd embodiment of the present invention. 実績計測データのグループ分類の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of group classification of performance measurement data. グループ別制御予測モデル選択処理の処理手順例を示すフローチャートである。12 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure for group-specific control prediction model selection processing.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

なお、以下の記載及び図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本発明が実施形態に制限されることは無く、本発明の思想に合致するあらゆる応用例が本発明の技術的範囲に含まれる。本発明は、当業者であれば本発明の範囲内で様々な追加や変更等を行うことができる。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は複数でも単数でも構わない。 Note that the following description and drawings are examples for explaining the present invention, and are omitted and simplified as appropriate to clarify the explanation. Furthermore, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the solution of the invention. The present invention is not limited to the embodiments, and any application examples that match the idea of the present invention are included within the technical scope of the present invention. Those skilled in the art can make various additions and changes to the present invention within the scope of the present invention. The present invention can also be implemented in various other forms. Unless specifically limited, each component may be plural or singular.

また、以下の説明では、プログラムを実行して行う処理を説明する場合があるが、プログラムは、少なくとも1以上のプロセッサ(例えばCPU)によって実行されることで、定められた処理を、適宜に記憶資源(例えばメモリ)及び/又はインターフェースデバイス(例えば通信ポート)等を用いながら行うため、処理の主体がプロセッサとされてもよい。同様に、プログラムを実行して行う処理の主体が、プロセッサを有するコントローラ、装置、システム、計算機、ノード、ストレージシステム、ストレージ装置、サーバ、管理計算機、クライアント、又は、ホストであってもよい。プログラムを実行して行う処理の主体(例えばプロセッサ)は、処理の一部又は全部を行うハードウェア回路を含んでもよい。例えば、プログラムを実行して行う処理の主体は、暗号化及び復号化、又は圧縮及び伸張を実行するハードウェア回路を含んでもよい。プロセッサは、プログラムに従って動作することによって、所定の機能を実現する機能部として動作する。プロセッサを含む装置及びシステムは、これらの機能部を含む装置及びシステムである。 In addition, in the following explanation, processing performed by executing a program may be explained, but the program is executed by at least one or more processors (for example, a CPU) to store predetermined processing as appropriate. Since the processing is performed using resources (for example, memory) and/or interface devices (for example, communication ports), the main body of the processing may be a processor. Similarly, the subject of processing performed by executing a program may be a controller having a processor, a device, a system, a computer, a node, a storage system, a storage device, a server, a management computer, a client, or a host. The main body (for example, a processor) that performs processing by executing a program may include a hardware circuit that performs part or all of the processing. For example, the main body of processing performed by executing a program may include a hardware circuit that performs encryption and decryption, or compression and expansion. A processor operates as a functional unit that implements a predetermined function by operating according to a program. Devices and systems that include processors are devices and systems that include these functional units.

プログラムは、プログラムソースから計算機のような装置にインストールされてもよい。プログラムソースは、例えば、プログラム配布サーバ又は計算機が読み取り可能な非一時的な記憶メディアであってもよい。プログラムソースがプログラム配布サーバの場合、プログラム配布サーバはプロセッサ(例えばCPU)と非一時的な記憶資源とを含み、記憶資源はさらに配布プログラムと配布対象であるプログラムとを記憶してよい。そして、プログラム配布サーバのプロセッサが配布プログラムを実行することで、プログラム配布サーバのプロセッサは配布対象のプログラムを他の計算機に配布してよい。また、以下の説明において、2以上のプログラムが1つのプログラムとして実現されてもよいし、1つのプログラムが2以上のプログラムとして実現されてもよい。 A program may be installed on a device, such as a computer, from a program source. The program source may be, for example, a program distribution server or a computer-readable non-transitory storage medium. When the program source is a program distribution server, the program distribution server includes a processor (for example, a CPU) and a non-temporary storage resource, and the storage resource may further store the distribution program and the program to be distributed. Then, by the processor of the program distribution server executing the distribution program, the processor of the program distribution server may distribute the program to be distributed to other computers. Furthermore, in the following description, two or more programs may be realized as one program, or one program may be realized as two or more programs.

(1)第1の実施形態
(1-1)運転管理支援装置100の構成
図1は、本発明の第1の実施形態に係る運転管理支援装置100の構成例を示すブロック図である。図1に示す運転管理支援装置100は、プラント210の運転管理を支援する装置であって、実績DB110、制御値予測モデル学習部120、結果予測モデル学習部130、制御値予測モデル選択部140、制御値予測モデル計算部150、結果予測モデル計算部160、精度評価処理部170、及び表示処理部180を備える。また、表示装置220は、運転員(ユーザ)が視認可能な表示想定であって、例えば運転管理支援装置100に接続されたディスプレイ等である。
(1) First Embodiment (1-1) Configuration of Operation Management Support Apparatus 100 FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an operation management support apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. The operation management support device 100 shown in FIG. 1 is a device that supports operation management of a plant 210, and includes a track record DB 110, a control value prediction model learning section 120, a result prediction model learning section 130, a control value prediction model selection section 140, It includes a control value prediction model calculation section 150, a result prediction model calculation section 160, an accuracy evaluation processing section 170, and a display processing section 180. Further, the display device 220 is assumed to be a display that can be viewed by an operator (user), and is, for example, a display connected to the operation management support device 100.

実績DB110は、制御値予測モデル及び結果予測モデルの学習に用いる実績計測データを格納する。実績計測データは、センサなどから得られた過去の計測データである。制御値予測モデル学習部120は、実績DB110に格納されている実績計測データを用いて1または複数の制御値予測モデルを学習する機能を有する。制御値予測モデルは、運転員(より好適には熟練した運転員)の知見が反映された説明性のあるモデルである。結果予測モデル学習部130は、実績DB110に格納されている実績計測データを用いて結果予測モデルを学習する機能を有する。制御値予測モデル選択部140は、制御値予測モデル学習部120による制御値予測モデルの学習の結果に基づいて、予測制御値の精度の高いモデル(例えば、最も精度が高いモデル)を選択する機能を有する。制御値予測モデル計算部150は、制御値予測モデル学習部120が学習した1または複数の制御値予測モデルに計測データを入力し、それぞれの予測制御値を算出する機能を有する。結果予測モデル計算部160は、制御値予測モデル計算部150によって算出された1または複数の予測制御値を、結果予測モデル学習部130が学習した結果予測モデルに入力し、予測制御結果を算出する機能を有する。精度評価処理部170は、結果予測モデル計算部160によって算出された1または複数の予測制御結果とプラント210で計測された制御結果の計測値とに基づいて、制御値予測モデルの精度を評価する機能を有する。表示処理部180は、制御値予測モデル選択部140によって選択された制御値予測モデルの情報、制御値予測モデル計算部150によって算出された予測制御値、及び、精度評価処理部170による精度評価等を示す処理結果画面を表示装置220に表示する機能を有する。なお、表示処理部180は、処理結果情報を出力する出力処理部の一例であり、出力処理部の出力形態は表示に限定されず、データ出力や印刷等であってもよい。 The track record DB 110 stores track record measurement data used for learning the control value prediction model and the result prediction model. Actual measurement data is past measurement data obtained from a sensor or the like. The control value prediction model learning unit 120 has a function of learning one or more control value prediction models using performance measurement data stored in the performance DB 110. The control value prediction model is an explanatory model that reflects the knowledge of an operator (more preferably a skilled operator). The result prediction model learning unit 130 has a function of learning a result prediction model using the performance measurement data stored in the performance DB 110. The control value prediction model selection unit 140 has a function of selecting a model with high accuracy of predicted control values (for example, the model with the highest accuracy) based on the learning result of the control value prediction model by the control value prediction model learning unit 120. has. The control value prediction model calculation unit 150 has a function of inputting measurement data to one or more control value prediction models learned by the control value prediction model learning unit 120 and calculating respective predicted control values. The result prediction model calculation unit 160 inputs one or more predictive control values calculated by the control value prediction model calculation unit 150 into the result prediction model learned by the result prediction model learning unit 130, and calculates a predictive control result. Has a function. The accuracy evaluation processing unit 170 evaluates the accuracy of the control value prediction model based on one or more predictive control results calculated by the result prediction model calculation unit 160 and the measured value of the control result measured in the plant 210. Has a function. The display processing unit 180 displays information on the control value prediction model selected by the control value prediction model selection unit 140, the predicted control value calculated by the control value prediction model calculation unit 150, accuracy evaluation by the accuracy evaluation processing unit 170, etc. It has a function of displaying a processing result screen showing on the display device 220. Note that the display processing section 180 is an example of an output processing section that outputs processing result information, and the output form of the output processing section is not limited to display, but may be data output, printing, etc.

上記した運転管理支援装置100の各構成については、後述する(1-3)以降で詳しく説明する。 Each configuration of the above-mentioned operation management support device 100 will be explained in detail from (1-3) onwards.

運転管理支援装置100は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ、メモリ、HDD(Hard Disk Drive)等の補助記憶装置、及びネットワークインタフェースを有するコンピュータである。本コンピュータにおいて、実績DB110は例えば補助記憶装置で実現され、制御値予測モデル学習部120、結果予測モデル学習部130、制御値予測モデル選択部140、制御値予測モデル計算部150、結果予測モデル計算部160、精度評価処理部170、及び表示処理部180の各機能を実現するソフトウェア(プログラム)はメモリまたは補助記憶装置に格納される。また、図1において、運転管理支援装置100とプラント210及び表示装置220との間の通信手段は特に限定されない。具体的には例えば、無線LAN(Local Area Network)または有線LANであり、その他の通信手段であってもよい。 The operation management support device 100 is, for example, a computer having a processor such as a CPU (Central Processing Unit), a memory, an auxiliary storage device such as an HDD (Hard Disk Drive), and a network interface. In this computer, the track record DB 110 is realized by, for example, an auxiliary storage device, and includes a control value prediction model learning section 120, a result prediction model learning section 130, a control value prediction model selection section 140, a control value prediction model calculation section 150, and a result prediction model calculation section. Software (programs) that implement the functions of the unit 160, accuracy evaluation processing unit 170, and display processing unit 180 are stored in a memory or an auxiliary storage device. Moreover, in FIG. 1, the communication means between the operation management support device 100, the plant 210, and the display device 220 are not particularly limited. Specifically, for example, it is a wireless LAN (Local Area Network) or a wired LAN, and other communication means may also be used.

(1-2)プラント210
以下では、運転管理支援装置100が支援可能な対象のプラント210として、浄水場を一例にとって説明する。但し、運転管理支援装置100はその他のプラントにも適用可能である。
(1-2) Plant 210
In the following, a water purification plant will be described as an example of a target plant 210 that can be supported by the operation management support device 100. However, the operation management support device 100 is also applicable to other plants.

浄水場は、河川水、ダム水、及び地下水を浄水処理し、処理水を工場や一般家庭などへ送水する施設であって、複数の施設から構成される。複数の施設は、具体的には例えば、着水井、急速混和池、フロック形成池、沈殿池、ろ過池、消毒池、及び配水池などであり、これらの各施設で処理が行われることにより、被処理水から濁りが除去され、殺菌される。 A water treatment plant is a facility that purifies river water, dam water, and groundwater, and sends the treated water to factories, households, etc., and is composed of multiple facilities. Specifically, the plurality of facilities include, for example, a landing well, a rapid mixing pond, a floc formation pond, a settling basin, a filtration basin, a disinfection basin, and a water distribution basin, and by performing treatment in each of these facilities, Turbidity is removed from the water to be treated and sterilized.

具体的には、着水井では、濁りを除去するプロセスとして凝集沈殿処理が行われる。一般的な浄水場における凝集沈殿処理では、施設に流入してきた被処理水に例えばポリ塩化アルミニウムや硫酸バンドなどの凝集剤と呼ばれる薬剤を注入する。薬剤を注入する目的の一つは、水中で懸濁している不溶解性物質(以下、濁質と称する)を除去することである。濁質は水中でマイナスに荷電しているが、薬剤を添加することで電気的中和が可能となる。また、薬剤を注入する別の目的は、薬剤同士の架橋作用により、中和した濁質同士が衝突したとき、凝集しやすくすることである。 Specifically, in the landing well, coagulation and sedimentation treatment is performed as a process to remove turbidity. In a typical coagulation-sedimentation treatment at a water purification plant, a chemical called a flocculant, such as polyaluminum chloride or aluminum sulfate, is injected into the water to be treated that flows into the facility. One of the purposes of injecting a drug is to remove insoluble substances suspended in water (hereinafter referred to as turbid substances). Suspended matter is negatively charged in water, but it can be electrically neutralized by adding chemicals. Another purpose of injecting the drug is to facilitate aggregation when neutralized suspended matter collides with each other due to the crosslinking effect between the drugs.

次に、急速混和池では被処理水に薬剤が注入され、急速撹拌により濁質同士を衝突させることで凝集核を形成する。次に、フロック形成池ではフロックを破壊しない強度で緩速撹拌することで、フロックを成長させる。そして沈殿池では、成長したフロックを沈澱及び除去する。 Next, in the rapid mixing pond, chemicals are injected into the water to be treated, and rapid stirring causes the suspended solids to collide with each other to form agglomeration nuclei. Next, in the floc formation pond, the flocs are grown by stirring slowly at a strength that does not destroy the flocs. In the settling tank, the grown flocs are settled and removed.

フロックの凝集メカニズムの因子としていくつか例を挙げる。薬剤の注入量が増加すると架橋作用が強くなるため、フロックの成長が早くなり、凝集状態は良好(処理水濁度の低下)となる。ただし、薬剤の注入量が過剰になると濁質がプラスに荷電してしまい、凝集状態は不良(処理水濁度の増加)になる可能性がある。水中の濁りの量(被処理水濁度)は増加するほど、濁質(あるいは凝集核、フロック)の衝突頻度を増やすことができるため、フロックの成長が早くなる。以上のようにフロックの成長は、薬剤の注入量などのプラントの操作条件と水質条件とにより影響を受ける。 Here are some examples of factors contributing to the floc aggregation mechanism. As the injection amount of the chemical increases, the crosslinking effect becomes stronger, so the flocs grow faster and the flocculation state becomes better (lower turbidity of treated water). However, if the amount of medicine injected is excessive, the suspended solids will become positively charged, which may result in poor aggregation (increased turbidity of the treated water). As the amount of turbidity in water (turbidity of treated water) increases, the frequency of collisions of suspended solids (or flocculation nuclei, flocs) can increase, so the flocs grow faster. As described above, floc growth is affected by plant operating conditions such as the amount of chemical injection and water quality conditions.

なお、フロックの凝集メカニズムはすべての浄水場で共通であるが、施設構成や規模は浄水場ごとに異なる。例えば、沈殿池などの容量や傾斜版の有無などの違いがある。処理水量と沈殿池の容量に応じて、沈殿池内の被処理水の滞留時間が決まるが、滞留時間が長いほど小さいフロックも沈殿しやすく、フロックは被処理水から除去される。また、傾斜板がある場合は、処理水量及び沈殿池の容量が同じであっても、傾斜板がない場合よりも多くのフロックが被処理水から除去される。 Although the floc aggregation mechanism is common to all water treatment plants, the facility configuration and scale differ depending on the water treatment plant. For example, there are differences in the capacity of settling tanks and the presence or absence of inclined plates. The residence time of the water to be treated in the sedimentation tank is determined depending on the amount of water to be treated and the capacity of the sedimentation tank, but the longer the residence time, the easier it is for small flocs to settle, and the flocs are removed from the water to be treated. Moreover, when there is a slope plate, even if the amount of treated water and the capacity of the settling tank are the same, more flocs are removed from the water to be treated than when there is no slope plate.

また、急速混和池では撹拌装置などを用いて凝集剤が混和されるが、急速混和池の形状などに応じて混和の均一性が変化し、その後のフロックの成長具合に影響する。また、被処理水の取水元が異なるため、水質も浄水場ごとに異なる。 Furthermore, in the rapid mixing pond, the flocculant is mixed using a stirring device or the like, but the uniformity of mixing changes depending on the shape of the rapid mixing pond, etc., which affects the subsequent growth of flocs. Furthermore, since the sources of water to be treated differ, the water quality also differs from one water treatment plant to another.

以上のことから、浄水場を対象のプラント210とするとき、薬剤の注入量(制御値)や処理水の濁度(制御結果)の予測モデルは、浄水場(プラント210)ごとに最適な式の形や係数が存在する。また、1つの浄水場であっても、水需要の変化や施設の老朽化などの長期的な変化、もしくは浄水場内の施設の工事などの短期的な変化によっては、使用している予測モデルが最適であるとは限らない。ここで運転員に熟練者がいれば、浄水場内の状況の変化に対して、これまでの知見で対応することができるが、経験の少ない運転員が施設(プラント210)を管理する場合は、適切な対応が困難となる。したがって、1つの予測モデルだけでは、プラント210の維持管理業務に対応できないケースが想定される。 From the above, when a water treatment plant is the target plant 210, the prediction model for the amount of chemical injection (control value) and the turbidity of treated water (control result) is determined by the optimal formula for each water treatment plant (plant 210). There are shapes and coefficients. In addition, even at a single water treatment plant, the prediction model used may change due to long-term changes such as changes in water demand or aging of facilities, or short-term changes such as construction of facilities within the water treatment plant. It may not be optimal. If the operators are experienced, they can respond to changes in the situation within the water treatment plant using their previous knowledge, but if operators with little experience manage the facility (plant 210), It becomes difficult to respond appropriately. Therefore, it is assumed that there may be a case in which maintenance work for the plant 210 cannot be handled using only one prediction model.

以下では、本実施形態に係る運転管理支援装置100の各構成について詳しく説明する。 Below, each configuration of the operation management support device 100 according to this embodiment will be explained in detail.

(1-3)実績DB110
実績DB110は、制御値予測モデルや結果予測モデルの学習に用いる実績計測データを格納する。実績計測データは、具体的には、プラント210に設置された水処理に係わる水質項目(水質、水量、または操作量の少なくとも何れかを含む)を計測する不図示のセンサ群及び機器の操作パラメータ等である。浄水場のプラント210に設置されるセンサとしては、水の濁りを計測する濁度計、水温を計測する水温計、pHを計測するpH計、アルカリ度を計測するアルカリ度計、及び、水中の有機物を計測するTOC計や紫外線吸光度計などがある。また、水質ではないが処理量を計測する水量計なども上記センサに該当する。本実施形態において水質項目を計測する手段には、少なくとも濁度計(被処理水、処理水用)が含まれ、その他に、水処理に影響する水質項目を計測できるセンサを備えてもよく、さらには、上記したセンサ以外でも、凝集、沈殿処理に関わるセンサなら特に限定されることはない。なお、実績計測データは、時系列情報として実績DB110に格納される。
(1-3) Actual DB110
The track record DB 110 stores track record measurement data used for learning the control value prediction model and the result prediction model. Specifically, the actual measurement data includes a group of sensors (not shown) that measure water quality items (including at least one of water quality, water volume, and operation amount) related to water treatment installed in the plant 210 and operating parameters of equipment. etc. Sensors installed in the plant 210 of the water treatment plant include a turbidity meter that measures water turbidity, a water temperature meter that measures water temperature, a pH meter that measures pH, an alkalinity meter that measures alkalinity, and There are TOC meters and ultraviolet absorbance meters that measure organic matter. Additionally, a water meter that measures the amount of water processed, but not the quality of the water, also falls under the above-mentioned sensor. In this embodiment, the means for measuring water quality items includes at least a turbidity meter (for treated water and treated water), and may also include a sensor capable of measuring water quality items that affect water treatment. Furthermore, other than the above-mentioned sensors, the sensor is not particularly limited as long as it is involved in coagulation or precipitation processing. Note that the performance measurement data is stored in the performance DB 110 as time series information.

(1-4)制御値予測モデル学習部120
制御値予測モデル学習部120は、実績DB110に格納されている実績計測データを用いて、1または複数の制御値予測モデルを学習する「制御値予測モデル学習処理」を実行する。
(1-4) Control value prediction model learning unit 120
The control value prediction model learning unit 120 uses the performance measurement data stored in the performance DB 110 to execute a "control value prediction model learning process" for learning one or more control value prediction models.

本実施形態に係る運転管理支援装置100で必要な制御値予測モデルの数は、最小では浄水場の稼働当初から与えられる1つである。その場合、与えられたモデルが適切なモデルではなくなったときに、他のモデルが追加される。 The minimum number of control value prediction models required by the operation management support device 100 according to the present embodiment is one given from the beginning of the operation of the water purification plant. In that case, other models are added when a given model is no longer a suitable model.

制御値予測モデルは、運転員の知見を反映した経験式、統計的モデル、または物理モデル等であって、運転員が内容を認識できる(説明性を有する)モデルであればどのようなモデルでもよい。 The control value prediction model may be an empirical formula, a statistical model, or a physical model that reflects the operator's knowledge, and any model can be used as long as the content can be recognized by the operator (has explanatory properties). good.

例えば、一般的な浄水場で使用される制御値予測モデルとして、以下の式1に示す制御値予測モデルM1が挙げられる。

Figure 2024018002000002
ここで、m1、m2、及びm3は係数であり、CR1は式1から得られた処理水量あたりの凝集剤の注入量を示す凝集剤注入率であり、Tu0は被処理水の濁度である。 For example, as a control value prediction model used in a general water purification plant, there is a control value prediction model M1 shown in Equation 1 below.
Figure 2024018002000002
Here, m1, m2, and m3 are coefficients, CR1 is the flocculant injection rate indicating the amount of flocculant injected per amount of treated water obtained from Equation 1, and Tu0 is the turbidity of the water to be treated. .

式1では、被処理水濁度Tu0が増加するほど、凝集剤注入率CR1が増えるが、係数m2は0~1の値をとるため線形にはならない。なぜなら、上述したように被処理水濁度が増加するほど濁質(あるいは凝集核、フロック)の衝突頻度が増え、凝集剤の架橋効果が小さくてもフロックが成長するためである。 In Equation 1, as the water turbidity Tu0 increases, the flocculant injection rate CR1 increases, but the coefficient m2 takes a value between 0 and 1, so it is not linear. This is because, as described above, as the turbidity of the water to be treated increases, the frequency of collisions of suspended solids (or flocculation nuclei, flocs) increases, and flocs grow even if the crosslinking effect of the flocculant is small.

また例えば、被処理水濁度以外の水温やアルカリ度などの水質を考慮した制御値予測モデルとして、以下の式2に示す制御値予測モデルM2が挙げられる。

Figure 2024018002000003
ここで、n1、n2、n3、及びn4は係数であり、ALは被処理水のアルカリ度であり、CR2は式2から得られた処理水量あたりの凝集剤の注入量を示す凝集剤注入率であり、Tは水温である。 Further, for example, as a control value prediction model that considers water quality such as water temperature and alkalinity other than the turbidity of the water to be treated, there is a control value prediction model M2 shown in the following equation 2.
Figure 2024018002000003
Here, n1, n2, n3, and n4 are coefficients, AL is the alkalinity of the water to be treated, and CR2 is the flocculant injection rate indicating the amount of flocculant injected per amount of treated water obtained from equation 2. , and T is the water temperature.

式1で説明したのと同様に、式2において被処理水濁度Tu0は凝集剤注入率CR2と正の相関を有する。一方、水温Tやアルカリ度ALは凝集剤注入率CR2と負の相関を有する。なぜなら、水温は、凝集剤がアルカリ分と反応してプラスの電荷を帯びた水酸化アルミニウムに変化する反応速度に影響しており、水温が低下すると凝集作用に負の影響を与えるためである。また、アルカリ度も、不足もしくは過剰になると、凝集作用に負の影響を与える。最低限確保すべきアルカリ度(10mg-CaCO3/L)が確保されている場合、アルカリ度の過剰による負の相関がみられると考える。なお、本説明では考慮していないが、pHも凝集作用に影響を与えることが知られている。凝集剤にはpHの有効範囲が存在し、例えば、凝集剤の一例である硫酸バンドの場合、pHの有効範囲は5.8~7.8である。pHが有効範囲から外れた場合は、凝集作用に負の影響を与える。 As explained in Equation 1, in Equation 2, the turbidity Tu0 of the water to be treated has a positive correlation with the flocculant injection rate CR2. On the other hand, water temperature T and alkalinity AL have a negative correlation with flocculant injection rate CR2. This is because the water temperature affects the reaction rate at which the flocculant reacts with alkaline components and changes into positively charged aluminum hydroxide, and lowering the water temperature has a negative effect on the flocculation effect. Furthermore, if alkalinity is insufficient or excessive, it will have a negative effect on the coagulation effect. When the minimum level of alkalinity (10 mg-CaCO3/L) is secured, a negative correlation due to excess alkalinity is considered to be observed. Although not considered in this explanation, it is known that pH also affects the aggregation effect. A flocculant has an effective pH range; for example, in the case of sulfuric acid, which is an example of a flocculant, the effective pH range is 5.8 to 7.8. If the pH is out of the effective range, it will have a negative impact on the aggregation effect.

以下では好適な実施例として、2つの制御値予測モデル(例えば式1のM1及び式2のM2)が存在する場合を例に説明を行う。制御値予測モデルの式の形状は、説明性を有し、かつ凝集剤注入率を予測可能な式であれば、上記の式1,式2に限定されるものではない。また、3つ以上の制御値予測モデルが存在する場合にも、運転管理支援装置100は適用可能である。 In the following, a case will be described as a preferred embodiment in which two control value prediction models (for example, M1 in Equation 1 and M2 in Equation 2) exist. The shape of the equation of the control value prediction model is not limited to Equation 1 and Equation 2 above, as long as it has explainability and can predict the flocculant injection rate. Furthermore, the operation management support device 100 is applicable even when three or more control value prediction models exist.

(1-4-1)制御値予測モデル学習処理
図2は、制御値予測モデル学習処理の処理手順例を示すフローチャートである。制御値予測モデル学習処理は、制御値予測モデル学習部120によって実行される。
(1-4-1) Control value prediction model learning process FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the processing procedure of the control value prediction model learning process. The control value prediction model learning process is executed by the control value prediction model learning section 120.

図2によればまず、制御値予測モデル学習部120は、不図示の記録媒体に格納されている制御値予測モデルを1つ呼び出す(ステップS101)。 According to FIG. 2, first, the control value prediction model learning unit 120 calls one control value prediction model stored in a recording medium (not shown) (step S101).

次に、制御値予測モデル学習部120は、ステップS101で呼び出した制御値予測モデルで使用する実績計測データを実績DB110から取得する(ステップS102)。具体的には例えば、ステップS101で式1の制御値予測モデルM1が呼び出された場合は、被処理水濁度Tu0及び凝集剤注入率CR1が実績計測データとして取得され、ステップS101で式2の制御値予測モデルM2が呼び出された場合は、被処理水濁度Tu0、被処理水のアルカリ度AL、水温T、及び凝集剤注入率CR2が実績計測データとして取得される。ステップS102で取得するデータの期間は、特に限定されず、例えば実績DB110に格納されている全ての期間としてもよいし、予め設定した所定期間としてもよい。 Next, the control value prediction model learning unit 120 acquires performance measurement data used in the control value prediction model called in step S101 from the performance DB 110 (step S102). Specifically, for example, when the control value prediction model M1 of Equation 1 is called in step S101, the turbidity Tu0 of the water to be treated and the flocculant injection rate CR1 are acquired as actual measurement data, and the control value prediction model M1 of Equation 2 is called in step S101. When the control value prediction model M2 is called, the turbidity Tu0 of the water to be treated, the alkalinity AL of the water to be treated, the water temperature T, and the flocculant injection rate CR2 are acquired as performance measurement data. The period of data acquired in step S102 is not particularly limited, and may be, for example, all the periods stored in the track record DB 110, or may be a predetermined period set in advance.

次に、制御値予測モデル学習部120は、ステップS102で取得した実績計測データを用いて、ステップS101で呼び出した制御値予測モデルを学習し、係数を取得する(ステップS103)。制御値予測モデルの学習の仕方は、制御値予測モデルによって異なり、予め設定される。 Next, the control value prediction model learning unit 120 uses the performance measurement data acquired in step S102 to learn the control value prediction model called in step S101, and acquires coefficients (step S103). The learning method of the control value prediction model differs depending on the control value prediction model and is set in advance.

例えば、式1に示した制御値予測モデルM1の場合、係数m3は、維持管理を行う浄水場で被処理水濁度が低濁度であるときの凝集剤注入率の値(浄水場における凝集剤注入率の下限値)であり、予め不図示の記録媒体に格納した設定値が取得される。そして式1は、以下の式3に変形することができる。

Figure 2024018002000004
制御値予測モデル学習部120は、式3においてLog(Tu0)とLog(CR1-m3)を線形回帰することで、傾きm2と切片Log(m1)を算出することができる。 For example, in the case of the control value prediction model M1 shown in Equation 1, the coefficient m3 is the value of the flocculant injection rate (coagulation (lower limit value of the drug injection rate), and a setting value stored in advance in a recording medium (not shown) is acquired. Equation 1 can be transformed into Equation 3 below.
Figure 2024018002000004
The control value prediction model learning unit 120 can calculate the slope m2 and the intercept Log(m1) by performing linear regression on Log(Tu0) and Log(CR1-m3) in Equation 3.

また例えば、式2に示した制御値予測モデルM2の場合、目的変数を凝集剤注入率CR2、説明変数を被処理水濁度Tu0、被処理水のアルカリ度AL、及び水温Tとして、重回帰することで、各説明変数の傾きn1,n2,n3と切片n4とを算出することができる。 For example, in the case of the control value prediction model M2 shown in Equation 2, the objective variable is the flocculant injection rate CR2, the explanatory variables are the turbidity of the water to be treated Tu0, the alkalinity AL of the water to be treated, and the water temperature T. By doing so, the slopes n1, n2, n3 and intercept n4 of each explanatory variable can be calculated.

なお、制御値予測モデル学習部120は、上述した線形回帰または重回帰において、実績計測データをそのまま用いるのではなく、各説明変数の最大値及び最小値を用いて正規化した値を用いるようにしてもよく、これらの前処理の方法は特に限定されない。また、正規化や標準化を行う場合には、プラント210の計測データ(現時刻の情報)を入力してそれぞれの予測制御値を算出するときも、同様の前処理を行う必要がある。 In addition, in the linear regression or multiple regression described above, the control value prediction model learning unit 120 does not use actual measurement data as is, but uses values normalized using the maximum and minimum values of each explanatory variable. These pretreatment methods are not particularly limited. Furthermore, when performing normalization and standardization, it is necessary to perform similar preprocessing when inputting measurement data (current time information) of the plant 210 and calculating respective predictive control values.

次に、制御値予測モデル学習部120は、ステップS103の学習で算出された係数を不図示の記録媒体に格納する(ステップS104)。 Next, the control value prediction model learning unit 120 stores the coefficients calculated in the learning at step S103 in a recording medium (not shown) (step S104).

そして、制御値予測モデル学習部120は、未学習の制御値予測モデルの有無を判定する(ステップS105)。未学習の制御値予測モデルがある場合(ステップS105のYES)、制御値予測モデル学習部120は、当該制御値予測モデルについてステップS101~S104の処理を繰り返す。全ての制御値予測モデルが学習済みとなった場合は(ステップS105のNO)、制御値予測モデル学習部120は、制御値予測モデル学習処理を終了する。 Then, the control value prediction model learning unit 120 determines whether there is an unlearned control value prediction model (step S105). If there is an unlearned control value prediction model (YES in step S105), the control value prediction model learning unit 120 repeats the processes of steps S101 to S104 for the control value prediction model. If all the control value prediction models have been learned (NO in step S105), the control value prediction model learning unit 120 ends the control value prediction model learning process.

(1-5)結果予測モデル学習部130
結果予測モデル学習部130は、実績DB110に格納されている実績計測データを用いて結果予測モデルを学習する。本実施形態において、結果予測モデルは、運転員の知見は反映されないが、実績範囲内で制御結果を高精度で予測できる機械学習(人工ニューラルネットワークまたはクラスタリング等)を用いて作成するものとしている。但し、制御結果を高精度で予測できるのであれば、結果予測モデルは、機械学習以外の手法である統計的モデルまたは物理モデル等としてもよい。以下では、一例として、人工ニューラルネットワークで結果予測モデルを学習する場合を説明する。
(1-5) Result prediction model learning unit 130
The result prediction model learning unit 130 learns a result prediction model using the performance measurement data stored in the performance DB 110. In this embodiment, the result prediction model is created using machine learning (artificial neural network, clustering, etc.) that does not reflect the operator's knowledge but can predict control results with high accuracy within the actual performance range. However, as long as the control results can be predicted with high accuracy, the result prediction model may be a statistical model, a physical model, or the like that is a method other than machine learning. Below, as an example, a case will be described in which a result prediction model is learned using an artificial neural network.

人工ニューラルネットワークは、「入力を線形変換する処理単位」がネットワーク上に結合した数理モデルであり、結果予測モデル学習部130は、実績計測データに基づいて処理水濁度の回帰予測を行う。このとき、入力される実績計測データは、目的変数を処理水濁度としたときに当該処理水濁度と関連する説明変数であり、具体的には、被処理水濁度、被処理水のアルカリ度、pH、水温、及び凝集剤注入率などである。なお、説明変数は処理水濁度を予測できればよく、上記例に限定されるものではない。 The artificial neural network is a mathematical model in which "processing units that linearly transform inputs" are combined on the network, and the result prediction model learning unit 130 performs regression prediction of treated water turbidity based on actual measurement data. At this time, the input performance measurement data is an explanatory variable related to the turbidity of the treated water when the objective variable is the turbidity of the treated water, and specifically, the turbidity of the treated water, These include alkalinity, pH, water temperature, and flocculant injection rate. Note that the explanatory variable is not limited to the above example as long as it can predict the turbidity of the treated water.

一般的には、人工ニューラルネットワークは、説明変数をネットワークに送る入力層、入力層から説明変数を受け取って計算を実行する中間層、及び、計算結果をネットワークから出力する出力層からなる。中間層が3層以上ある人工ニューラルネットワークがディープラーニングであり、中間層はすべての説明変数を使用して計算する全結合層と過学習を防止するために全結合層と次の層の接続に一部をランダムに切断するドロップアウト層からなる。 Generally, an artificial neural network consists of an input layer that sends explanatory variables to the network, an intermediate layer that receives the explanatory variables from the input layer and performs calculations, and an output layer that outputs the calculation results from the network. Deep learning is an artificial neural network with three or more hidden layers, and the middle layer is a fully connected layer that calculates using all explanatory variables, and a fully connected layer that connects the next layer to prevent overfitting. It consists of a dropout layer with randomly cut parts.

本実施形態では、結果予測モデル学習部130は、まず実績計測データを用いて人工ニューラルネットワークの最後の全結合層から処理水濁度の推論値を出力する。次に、結果予測モデル学習部130は、推論値と正解データ(処理水濁度の実績計測データ)の誤差により、最後の全結合層から最初の全結合層まで順に結合重みの係数を更新する(誤差逆伝搬)。そして結果予測モデル学習部130は、再び処理水濁度の推論値を出力し、誤差が十分に小さくなるまで繰り返すことで結果予測モデルを学習する。 In this embodiment, the result prediction model learning unit 130 first outputs an inferred value of treated water turbidity from the last fully connected layer of the artificial neural network using actual measurement data. Next, the result prediction model learning unit 130 updates the coefficients of the connection weights in order from the last fully connected layer to the first fully connected layer based on the error between the inference value and the correct data (actual measured data of treated water turbidity). (error backpropagation). The result prediction model learning unit 130 then outputs the inferred value of the treated water turbidity again and learns the result prediction model by repeating the process until the error becomes sufficiently small.

(1-6)制御値予測モデル選択部140
制御値予測モデル選択部140は、制御値予測モデル学習部120による1以上(本例では2つ)の制御値予測モデルの学習の結果から、予測制御値の精度が高い制御値予測モデルを選択する。制御値予測モデル選択部140は、選択した制御値予測モデルを、プラント210の運転において所定の制御の制御値(具体的には例えば、凝集剤注入ポンプの運転の制御値)を予測するために用いる制御値予測モデルとして適用させてもよい。
(1-6) Control value prediction model selection unit 140
The control value prediction model selection unit 140 selects a control value prediction model with high accuracy of predicted control values from the results of learning one or more (in this example, two) control value prediction models by the control value prediction model learning unit 120. do. The control value prediction model selection unit 140 uses the selected control value prediction model to predict the control value of a predetermined control (specifically, for example, the control value of the operation of the flocculant injection pump) in the operation of the plant 210. It may be applied as a control value prediction model to be used.

ここで、予測制御値の精度とは、学習済みの制御値予測モデルに再度説明変数を入力することで出力される予測制御値と、凝集剤注入率の実績計測データとの平均絶対誤差(МAE:Mean Absolute Error)である。ここで利用される凝集剤注入率の実績計測データには、モデル学習以降の実績計測データが含まれることが好ましい。このモデル学習以降の実績計測データが実績DB110に蓄積されている場合は、平均絶対誤差の算出時に、追加の実績計測データを実績DB110から取得すればよく、実績DB110に蓄積されていない場合は、平均絶対誤差の算出時に、プラント210から取得すればよい。 Here, the accuracy of the predicted control value refers to the average absolute error (МAE :Mean Absolute Error). It is preferable that the performance measurement data of the flocculant injection rate used here includes performance measurement data after model learning. If performance measurement data after this model learning has been accumulated in the performance DB 110, additional performance measurement data may be acquired from the performance DB 110 when calculating the average absolute error; if it is not accumulated in the performance DB 110, It may be acquired from the plant 210 when calculating the average absolute error.

制御値予測モデル選択部140は、上述した制御値予測モデルM1,M2からそれぞれ算出される平均絶対誤差を比較し、平均絶対誤差が小さい制御値予測モデルを予測制御値の精度が高い制御値予測モデルとして選択する。平均絶対誤差(MAE)は、例えば以下の式4で計算される。

Figure 2024018002000005
ここで、Nは学習に用いたデータ数であり、PCRは制御値予測モデルより算出された凝集剤注入率の予測制御値である。平均絶対誤差の算出は、式4に限定されるものではなく、他にも例えば、学習に用いた実績計測データの凝集剤注入率の最大値及び最小値を用いて正規化した値を用いるようにしてもよい。また、精度の指標には、平均絶対誤差率(MAER:Mean Absolute Error Rate)等を用いてもよく、予測制御値の精度の指標となるものであれば特に限定されない。以下では、制御値予測モデル選択部140が「予測制御値の精度が高い制御値予測モデル」として制御値予測モデルM2を選択したとして、説明を続ける。 The control value prediction model selection unit 140 compares the average absolute errors calculated from the control value prediction models M1 and M2 described above, and chooses a control value prediction model with a small average absolute error as a control value prediction with a high precision of the control value. Select as model. The mean absolute error (MAE) is calculated using Equation 4 below, for example.
Figure 2024018002000005
Here, N is the number of data used for learning, and PCR is a predicted control value of the flocculant injection rate calculated from the control value prediction model. Calculation of the average absolute error is not limited to Equation 4. For example, it may be possible to use a value normalized using the maximum and minimum values of the flocculant injection rate of the actual measurement data used for learning. You can also do this. Moreover, the mean absolute error rate (MAER) or the like may be used as the accuracy index, and is not particularly limited as long as it is an index of the accuracy of the predictive control value. The following explanation will be continued assuming that the control value prediction model selection unit 140 selects the control value prediction model M2 as the "control value prediction model with high accuracy of predicted control values."

(1-7)制御値予測モデル計算部150
制御値予測モデル計算部150は、制御値予測モデル学習部120が学習した1または複数の制御値予測モデル(本例では制御値予測モデルM1,M2)に、プラント210の計測データ(現時刻の情報)を入力し、それぞれの予測制御値を算出する。
(1-7) Control value prediction model calculation unit 150
The control value prediction model calculation unit 150 adds the measured data of the plant 210 (current time information) and calculate each predictive control value.

さらに、制御値予測モデル計算部150は、制御値予測モデル選択部140によって精度の高い制御値予測モデルとして選択された制御値予測モデル(本例では制御値予測モデルM2)から算出した予測制御値を、プラント210の監視制御システムに送信する。そしてプラント210の監視制御システムは、受信した予測制御値を用いて、プラント210の凝集剤注入ポンプの運転を制御する。なお、プラント210の監視制御システムは、受信した予測制御値をそのまま運用するのではなく、運転員による確認を経てから運用するようにしてもよい。 Further, the control value prediction model calculation unit 150 calculates the predicted control value calculated from the control value prediction model (control value prediction model M2 in this example) selected as a highly accurate control value prediction model by the control value prediction model selection unit 140. is transmitted to the monitoring and control system of the plant 210. The supervisory control system of the plant 210 then controls the operation of the flocculant injection pump of the plant 210 using the received predicted control value. Note that the supervisory control system of the plant 210 may not operate the received predicted control values as they are, but may operate them after confirmation by an operator.

(1-8)結果予測モデル計算部160
結果予測モデル計算部160は、制御値予測モデル計算部150によって算出された予測制御値(本例では2つの凝集剤注入率CR1,CR2の予測制御値)と、被処理水濁度、被処理水のアルカリ度、pH、及び水温などの説明変数を、結果予測モデル学習部130が学習した結果予測モデルに入力し、それぞれの処理水濁度の予測制御結果を算出する。
(1-8) Result prediction model calculation unit 160
The result prediction model calculation unit 160 calculates the predicted control values calculated by the control value prediction model calculation unit 150 (in this example, the predicted control values of two flocculant injection rates CR1 and CR2), the turbidity of the water to be treated, and the turbidity of the water to be treated. Explanatory variables such as water alkalinity, pH, and water temperature are input to the result prediction model learned by the result prediction model learning unit 130, and predictive control results for each treated water turbidity are calculated.

(1-9)精度評価処理部170
精度評価処理部170は、結果予測モデル計算部160によって算出された予測制御結果(本例では2つの処理水濁度の予測制御値)と、プラント210で計測された処理水濁度の制御目標値とに基づいて、制御値予測モデルの現時刻の精度を評価する「制御値予測モデル精度評価処理」を実行する。なお、ここでいう精度とは、処理水濁度の予測制御結果と制御目標値との絶対誤差あるいは絶対誤差率等であり、制御目標値はプラント210(浄水場)ごとに予め設定され、不図示の記録媒体に格納されているとする。
(1-9) Accuracy evaluation processing unit 170
The accuracy evaluation processing unit 170 uses the predictive control results (in this example, two predicted control values of treated water turbidity) calculated by the result prediction model calculation unit 160 and the control target of treated water turbidity measured in the plant 210. A "control value prediction model accuracy evaluation process" is executed to evaluate the accuracy of the control value prediction model at the current time based on the value. Note that the accuracy here refers to the absolute error or absolute error rate between the predictive control result of treated water turbidity and the control target value, and the control target value is set in advance for each plant 210 (water treatment plant) and is It is assumed that the data is stored in the illustrated recording medium.

(1-9-1)制御値予測モデル精度評価処理
図3は、制御値予測モデル精度評価処理の処理手順例を示すフローチャートである。制御値予測モデル精度評価処理は、精度評価処理部170によって実行される。
(1-9-1) Control Value Prediction Model Accuracy Evaluation Process FIG. 3 is a flowchart showing an example of the processing procedure of the control value prediction model accuracy evaluation process. The control value prediction model accuracy evaluation process is executed by the accuracy evaluation processing section 170.

図3によればまず、精度評価処理部170は、不図示の記録媒体に格納されている結果予測モデルを呼び出す(ステップS201)。 According to FIG. 3, first, the accuracy evaluation processing unit 170 calls a result prediction model stored in a recording medium (not shown) (step S201).

次に、精度評価処理部170は、プラント210で計測された、結果予測モデルで使用する計測データを取得する(ステップS202)。取得する計測データは、具体的には例えば、被処理水濁度、被処理水のアルカリ度、pH、及び水温である。 Next, the accuracy evaluation processing unit 170 acquires measurement data that is measured in the plant 210 and is used in the result prediction model (step S202). Specifically, the measurement data to be acquired is, for example, the turbidity of the water to be treated, the alkalinity of the water to be treated, the pH, and the water temperature.

次に、精度評価処理部170は、制御値予測モデル計算部150から予測制御値を取得する(ステップS203)。ステップS203において精度評価処理部170は、制御値予測モデル(M1,M2)ごとに予測制御値を取得する。本例では、まず、制御値予測モデルM1の予測制御値(第1の予測制御値)を取得したとする。 Next, the accuracy evaluation processing unit 170 acquires the predicted control value from the control value prediction model calculation unit 150 (step S203). In step S203, the accuracy evaluation processing unit 170 acquires predicted control values for each control value prediction model (M1, M2). In this example, it is assumed that the predicted control value (first predicted control value) of the control value prediction model M1 is first obtained.

次に、精度評価処理部170は、ステップS202で取得した計測データとステップS203で取得した予測制御値(第1の予測制御値)とを、ステップS201で呼び出した結果予測モデルに入力し、予測制御結果(第1の予測制御結果)を算出する(ステップS204)。 Next, the accuracy evaluation processing unit 170 inputs the measurement data acquired in step S202 and the predictive control value (first predictive control value) acquired in step S203 to the result prediction model called in step S201, and makes a prediction. A control result (first predictive control result) is calculated (step S204).

次に、精度評価処理部170は、記録媒体に格納されている制御目標値と、ステップS204で算出した予測制御結果(第1の予測制御結果)との絶対誤差(第1の絶対誤差)を算出する(ステップS205)。 Next, the accuracy evaluation processing unit 170 calculates the absolute error (first absolute error) between the control target value stored in the recording medium and the predictive control result (first predictive control result) calculated in step S204. Calculate (step S205).

次に、精度評価処理部170は、ステップS205で算出した絶対誤差(第1の絶対誤差)と予め設定された閾値(第1の閾値)とを比較し、絶対誤差が閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS206)。 Next, the accuracy evaluation processing unit 170 compares the absolute error (first absolute error) calculated in step S205 with a preset threshold (first threshold), and determines whether the absolute error is larger than the threshold. (Step S206).

ステップS206において絶対誤差が閾値よりも大きい場合(ステップS206のYES)、予測制御結果が制御目標値から乖離していることから、この予測制御結果の算出において入力された予測制御値を算出した制御値予測モデル(すなわち、評価中の制御値予測モデルM1)の学習が不十分であることが考えられる。この場合、精度評価処理部170は、評価中の制御値予測モデル(制御値予測モデルM1)の再学習の推奨を表示装置220において提示するよう、表示処理部180に指示する(ステップS207)。ステップS207の処理後はステップS208に進む。 If the absolute error is larger than the threshold in step S206 (YES in step S206), the predictive control result deviates from the control target value, so the predictive control value input in the calculation of the predictive control result is controlled. It is possible that the learning of the value prediction model (that is, the control value prediction model M1 under evaluation) is insufficient. In this case, the accuracy evaluation processing unit 170 instructs the display processing unit 180 to present a recommendation for relearning the control value prediction model (control value prediction model M1) under evaluation on the display device 220 (step S207). After the processing in step S207, the process advances to step S208.

一方、ステップS206において絶対誤差が閾値以下である場合には(ステップS206のNO)、予測制御結果が制御目標値に十分近いことから、この予測制御結果の算出において入力された予測制御値を算出した制御値予測モデルの学習は十分であると考えられる。この場合、評価中の制御値予測モデル(制御値予測モデルM1)の再学習は必要ないので、精度評価処理部170は、ステップS207をスキップしてステップS208に進む。 On the other hand, if the absolute error is less than or equal to the threshold in step S206 (NO in step S206), since the predictive control result is sufficiently close to the control target value, the predictive control value input in calculating the predictive control result is calculated. The learning of the control value prediction model is considered to be sufficient. In this case, since relearning of the control value prediction model (control value prediction model M1) under evaluation is not necessary, the accuracy evaluation processing unit 170 skips step S207 and proceeds to step S208.

ステップS208では、精度評価処理部170は、ステップS203において予測制御値を取得していない制御値予測モデルが存在するか否かを判定する。本例では、制御予測モデルM1の予測制御値(第1の予測制御値)は取得済みであるが、制御予測モデルM2の予測制御値(第2の予測制御値)は未取得である。この場合、精度評価処理部170は、未取得の制御値予測モデルが存在すると判定し(ステップS208のYES)、ステップS201に戻って処理を繰り返し、繰り返し後のステップS203において、第2の予測制御値を取得する。そして、すべての制御予測モデルの予測制御値が取得された場合は、未取得の制御値予測モデルが存在しないと判定し(ステップS208のNO)、ステップS209に進む。 In step S208, the accuracy evaluation processing unit 170 determines whether there is a control value prediction model for which the predicted control value has not been acquired in step S203. In this example, the predicted control value (first predicted control value) of the control prediction model M1 has been acquired, but the predicted control value (second predicted control value) of the control prediction model M2 has not yet been acquired. In this case, the accuracy evaluation processing unit 170 determines that there is an unobtained control value prediction model (YES in step S208), returns to step S201 and repeats the process, and in step S203 after the repetition, the second predictive control Get the value. If the predicted control values of all the control prediction models have been acquired, it is determined that there is no control value prediction model that has not yet been acquired (NO in step S208), and the process proceeds to step S209.

ステップS209では、精度評価処理部170は、現在選択している制御値予測モデル(制御値予測モデル選択部140によって選択された精度の高い制御値予測モデル)についてステップS205で算出した予測制御値と制御目標値との絶対誤差を、他の制御値予測モデルについてステップS205で算出した予測制御値と制御目標値との絶対誤差と比較する。本例の場合、「現在選択している制御値予測モデル」は制御値予測モデルM2であり、「他の制御値予測モデル」は制御値予測モデルM1である。 In step S209, the accuracy evaluation processing unit 170 compares the predicted control value calculated in step S205 with respect to the currently selected control value prediction model (the highly accurate control value prediction model selected by the control value prediction model selection unit 140). The absolute error with the control target value is compared with the absolute error between the predicted control value and the control target value calculated in step S205 for other control value prediction models. In this example, the "currently selected control value prediction model" is the control value prediction model M2, and the "other control value prediction model" is the control value prediction model M1.

したがって、ステップS209において精度評価処理部170は、制御値予測モデルM2における予測制御値(第2の予測制御値)と制御目標値との絶対誤差(第2の絶対誤差)を、制御値予測モデルM1における第1の絶対誤差と比較する。 Therefore, in step S209, the accuracy evaluation processing unit 170 calculates the absolute error (second absolute error) between the predicted control value (second predicted control value) in the control value prediction model M2 and the control target value using the control value prediction model M2. Compare with the first absolute error in M1.

そしてステップS209の比較の結果、他の制御値予測モデルにおける絶対誤差(第1の絶対誤差)が現在選択している制御値予測モデルにおける絶対誤差(第2の絶対誤差)よりも小さい場合(ステップS209のYES)、精度評価処理部170は、他の制御値予測モデル(制御値予測モデルM1)の方が現在選択している制御値予測モデル(制御値予測モデルM2)よりも精度が高いと判断する。したがってこの場合、精度評価処理部170は、現在選択している制御値予測モデルから上記他の制御値予測モデルへの変更の推奨を表示装置220において提示するよう、表示処理部180に指示する(ステップS210)。ステップS210の処理後は制御値予測モデル精度評価処理を終了する。 As a result of the comparison in step S209, if the absolute error (first absolute error) in another control value prediction model is smaller than the absolute error (second absolute error) in the currently selected control value prediction model (step (YES in S209), the accuracy evaluation processing unit 170 determines that another control value prediction model (control value prediction model M1) has higher accuracy than the currently selected control value prediction model (control value prediction model M2). to decide. Therefore, in this case, the accuracy evaluation processing unit 170 instructs the display processing unit 180 to present a recommendation for changing from the currently selected control value prediction model to the other control value prediction model on the display device 220 ( Step S210). After the process of step S210, the control value prediction model accuracy evaluation process ends.

一方、ステップS209の比較の結果、他の制御値予測モデルにおける絶対誤差(第1の絶対誤差)が現在選択している制御値予測モデルにおける絶対誤差(第2の絶対誤差)よりも小さくない場合、言い換えれば、現在選択している制御値予測モデルにおける絶対誤差(第2の絶対誤差)が他の制御値予測モデルにおける絶対誤差(第1の絶対誤差)以下である場合(ステップS209のNO)、精度評価処理部170は、現在選択している制御値予測モデル(制御値予測モデルM2)よりも他の制御値予測モデル(制御値予測モデルM1)の精度のほうが高いことはないと判断する。したがってこの場合、精度評価処理部170は、現在選択している制御値予測モデルの現状維持を表示装置220において提示するよう、表示処理部180に指示する(ステップS211)。ステップS211の処理後は制御値予測モデル精度評価処理を終了する。 On the other hand, as a result of the comparison in step S209, if the absolute error (first absolute error) in another control value prediction model is not smaller than the absolute error (second absolute error) in the currently selected control value prediction model In other words, if the absolute error (second absolute error) in the currently selected control value prediction model is less than or equal to the absolute error (first absolute error) in another control value prediction model (NO in step S209) , the accuracy evaluation processing unit 170 determines that the accuracy of the other control value prediction model (control value prediction model M1) is not higher than the currently selected control value prediction model (control value prediction model M2). . Therefore, in this case, the accuracy evaluation processing unit 170 instructs the display processing unit 180 to present the status quo of the currently selected control value prediction model on the display device 220 (step S211). After the process of step S211, the control value prediction model accuracy evaluation process ends.

以上のようにして、精度評価処理部170は、制御値予測モデルの現時刻の精度を評価することができる。なお、図3の処理手順例では、ステップS205で算出する絶対誤差を、評価の指標としたが、本実施形態における評価の指標はこれに限定されるものではない。例えば、図2のように現時刻の1点だけを考慮するのでなく、ある一定期間の範囲で、処理水濁度の予測制御結果と制御目標値との平均絶対誤差または平均絶対誤差率を算出し、これを指標として比較評価するようにしてもよい。 As described above, the accuracy evaluation processing unit 170 can evaluate the accuracy of the control value prediction model at the current time. Note that in the processing procedure example of FIG. 3, the absolute error calculated in step S205 is used as an evaluation index, but the evaluation index in this embodiment is not limited to this. For example, instead of considering only one point at the current time as shown in Figure 2, calculate the average absolute error or average absolute error rate between the predicted control result of treated water turbidity and the control target value over a certain period of time. However, this may be used as an index for comparative evaluation.

(1-9-2)結果予測モデル精度評価処理
精度評価処理部170は、図3を参照して説明した制御値予測モデル精度評価処理に加えて、結果予測モデルの精度を評価する「結果予測モデル精度評価処理」も実行する。精度評価処理部170は、図3に示した制御値予測モデル精度評価処理のステップS204において予測制御結果を算出した後に、結果予測モデル精度評価処理を実行する。制御値予測モデル精度評価処理と結果予測モデル精度評価処理は、別々に実行されてもよい。
(1-9-2) Result prediction model accuracy evaluation process In addition to the control value prediction model accuracy evaluation process described with reference to FIG. "Model accuracy evaluation processing" is also executed. After calculating the predictive control result in step S204 of the control value prediction model accuracy evaluation process shown in FIG. 3, the accuracy evaluation processing unit 170 executes the result prediction model accuracy evaluation process. The control value prediction model accuracy evaluation process and the result prediction model accuracy evaluation process may be executed separately.

図4は、結果予測モデル精度評価処理の処理手順例を示すフローチャートである。 FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the processing procedure of the result prediction model accuracy evaluation process.

図4によればまず、精度評価処理部170は、図3のステップS204で算出した予測制御結果が、現在プラント210に使用している制御値予測モデル(現在選択している制御値予測モデル)の予測制御結果であるか否かを判定する(ステップS301)。本例では、精度評価処理部170は図3のステップS204において、プラント210の計測データと制御値予測モデルM2の予測制御値(第2の予測制御値)とを結果予測モデルに入力して、制御値予測モデルM2の予測制御結果(第2の予測制御結果)を算出したとする。この場合、第2の予測制御結果の算出に用いられた制御値予測モデルM2は、現在プラント210に使用している制御値予測モデルであり(ステップS301のYES)、ステップS302に進んで結果予測モデルの精度評価を開始する。一方、図3のステップS204で算出した予測制御結果が、現在プラント210に使用している制御値予測モデルの予測制御結果ではない場合(ステップS301のNO)、図13のステップS201に戻り、他の予測制御結果が算出された場合に再びステップS301の処理を行う。 According to FIG. 4, first, the accuracy evaluation processing unit 170 determines that the predictive control result calculated in step S204 of FIG. It is determined whether the result is the predictive control result (step S301). In this example, the accuracy evaluation processing unit 170 inputs the measurement data of the plant 210 and the predicted control value (second predicted control value) of the control value prediction model M2 into the result prediction model in step S204 of FIG. Assume that the predictive control result (second predictive control result) of the control value predictive model M2 has been calculated. In this case, the control value prediction model M2 used to calculate the second predictive control result is the control value prediction model currently used in the plant 210 (YES in step S301), and the process proceeds to step S302 to predict the result. Start evaluating the accuracy of the model. On the other hand, if the predictive control result calculated in step S204 in FIG. 3 is not the predictive control result of the control value prediction model currently used in the plant 210 (NO in step S301), the process returns to step S201 in FIG. When the predictive control result is calculated, the process of step S301 is performed again.

ステップS302では、精度評価処理部170は、プラント210の処理水濁度の計測データと、図3のステップS204で算出した予測制御結果(本例では第2の予測制御結果)との絶対誤差(本例の場合、第3の絶対誤差と称する)を算出する。 In step S302, the accuracy evaluation processing unit 170 determines the absolute error ( In this example, the third absolute error) is calculated.

次に、精度評価処理部170は、ステップS302で算出した絶対誤差(第3の絶対誤差)と予め設定された閾値(第2の閾値)とを比較し、絶対誤差が閾値よりも大きいか否かを判定する(ステップS303)。 Next, the accuracy evaluation processing unit 170 compares the absolute error calculated in step S302 (third absolute error) with a preset threshold (second threshold), and determines whether the absolute error is larger than the threshold. (Step S303).

ステップS303において絶対誤差が閾値よりも大きい場合(ステップS303のYES)、現在選択している制御値予測モデルM2の予測制御値を用いて結果予測モデルが算出した予測制御結果が実際の計測データから乖離していることから、この予測制御結果を算出した結果予測モデル(すなわち、図3のステップS201で呼び出した結果予測モデル)の学習が不十分であることが考えられる。この場合、精度評価処理部170は、結果予測モデルの再学習の推奨を表示装置220において提示するよう、表示処理部180に指示する(ステップS304)。表示装置220に結果予測モデルの再学習推奨が表示装置220に提示されると、運転員が所定の操作を行って、結果予測モデル学習部130に結果予測モデルの再学習を実行させる。なお、運転管理支援装置100がプログラム処理によって自動で、結果予測モデルの再学習を指示してもよい。ステップS304の処理後、精度評価処理部170は、結果予測モデル精度評価処理を終了する。 If the absolute error is larger than the threshold in step S303 (YES in step S303), the predictive control result calculated by the result prediction model using the predictive control value of the currently selected control value prediction model M2 is calculated from the actual measurement data. Since there is a discrepancy, it is possible that the learning of the result prediction model that calculated this predictive control result (that is, the result prediction model called in step S201 in FIG. 3) is insufficient. In this case, the accuracy evaluation processing unit 170 instructs the display processing unit 180 to present a recommendation for relearning the result prediction model on the display device 220 (step S304). When a recommendation for relearning the result prediction model is presented on the display device 220, the operator performs a predetermined operation to cause the result prediction model learning unit 130 to relearn the result prediction model. Note that the operation management support device 100 may automatically instruct relearning of the result prediction model through program processing. After the process in step S304, the accuracy evaluation processing unit 170 ends the result prediction model accuracy evaluation process.

一方、ステップS303において絶対誤差が閾値以下である場合には(ステップS303のNO)、現在選択している制御値予測モデルM2の予測制御値を用いて結果予測モデルが算出した予測制御結果が実際の計測データに十分近いことから、この予測制御結果を算出した結果予測モデルの学習は十分であると考えられる。この場合、精度評価処理部170は、結果予測モデルの現状維持を表示装置220において提示するよう、表示処理部180に指示し(ステップS305)、結果予測モデル精度評価処理を終了する。 On the other hand, if the absolute error is less than or equal to the threshold in step S303 (NO in step S303), the predictive control result calculated by the result prediction model using the predictive control value of the currently selected control value prediction model M2 is actually Since it is sufficiently close to the measured data of , it is considered that the learning of the prediction model based on the calculation of this predictive control result is sufficient. In this case, the accuracy evaluation processing unit 170 instructs the display processing unit 180 to present the status quo of the result prediction model on the display device 220 (step S305), and ends the result prediction model accuracy evaluation process.

(1-10)表示処理部180
表示処理部180は、運転管理支援装置100の各処理部による処理結果(例えば、算出された予測制御値や精度評価など)を示す処理結果画面190を生成し、これを表示装置220に表示出力する。
(1-10) Display processing section 180
The display processing unit 180 generates a processing result screen 190 that shows processing results (for example, calculated predictive control values, accuracy evaluation, etc.) by each processing unit of the operation management support device 100, and displays and outputs this on the display device 220. do.

図5は、処理結果画面190の一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the processing result screen 190.

図5に示した処理結果画面190において、領域191では、精度評価処理部170で判定された運転員への提示内容が、最新の時刻から順に表示される。例えば図5の領域191には、図3のステップS210の処理に対応して、制御値予測モデルM2から制御値予測モデルM1への変更を推奨する旨の提示がなされている。 In the processing result screen 190 shown in FIG. 5, in an area 191, the contents to be presented to the operator determined by the accuracy evaluation processing section 170 are displayed in order from the latest time. For example, in area 191 of FIG. 5, a recommendation is made to change from control value prediction model M2 to control value prediction model M1, corresponding to the process of step S210 of FIG.

領域192では、凝集剤注入率の予測制御値のトレンドグラフと、処理水濁度の予測制御結果のトレンドグラフとが表示される。領域192には、使用しているすべての制御値予測モデルのデータを表示してもよいし、任意の制御値予測モデルを選択し(ユーザ選択でもよいし、自動選択でもよい)表示してもよい。但し、少なくとも、プラント210から取得した計測データと現在選択されているメインの制御値予測モデル(例えば制御値予測モデルM2)は、表示することが好ましい。また、トレンドの時間幅は任意に選択または設定可能とする。 In area 192, a trend graph of the predicted control value of the flocculant injection rate and a trend graph of the predicted control result of the treated water turbidity are displayed. In the area 192, data of all control value prediction models used may be displayed, or any control value prediction model may be selected and displayed (selected by the user or automatically selected). good. However, it is preferable to display at least the measurement data acquired from the plant 210 and the currently selected main control value prediction model (eg, control value prediction model M2). Further, the time width of the trend can be arbitrarily selected or set.

領域193では、領域192においてトレンドを表示している項目が、一覧で表示される。例えば図5の領域193によれば、計測データ、制御値予測モデルM1、及び制御値予測モデルM2が、領域192にトレンドグラフで表示されていることが分かる。 In area 193, items whose trends are displayed in area 192 are displayed in a list. For example, according to the area 193 in FIG. 5, it can be seen that the measurement data, the control value prediction model M1, and the control value prediction model M2 are displayed in the area 192 as a trend graph.

領域194では、精度評価処理部170による精度評価で用いられた、予め設定された設定値(例えば、制御目標値、第1の閾値、及び第2の閾値)が表示される。なお、処理結果画面190は、運転員が領域194を操作することにより、上記設定値を別の値に変更できるように構成されてもよい。 In the area 194, preset values (eg, control target value, first threshold, and second threshold) used in the accuracy evaluation by the accuracy evaluation processing unit 170 are displayed. Note that the processing result screen 190 may be configured so that the operator can change the set value to another value by operating the area 194.

また、領域194では、制御値予測モデル及び結果予測モデルの状態も表示される。具体値を用いて説明すると、図5の場合、領域192のトレンドグラフを参照すると、現時刻(領域191によれば「00:55」)において、制御値予測モデルM1による予測制御結果(第1の予測制御結果)が「1.18度」、制御値予測モデルM2による予測制御結果(第2の予測制御結果)が「1.29度」、計測データが「1.22度」である。そして領域194に示したように制御目標値が「1.0度」に設定されていることから、第1の絶対誤差は「0.18度」、第2の絶対誤差は「0.29度」となる。すなわち、制御値予測モデルM1の方が、現在選択されているメインの制御値予測モデルM2よりも絶対誤差が小さくなるため、領域191に「制御値予測モデルM2から制御値予測モデルM1への変更推奨」が提示される。なお、それぞれの絶対誤差は第1の閾値の「0.3度」以内であるから、制御値予測モデルの再学習推奨の対象にはならない。また、プラント210に使用している制御値予測モデルM2の予測制御結果(第2の予測制御結果)と計測データとの絶対誤差(第3の絶対誤差)は「0.07度」であり、第2の閾値の「0.2度」以内であるから、結果予測モデルの再学習推奨の対象にもならない。以上を踏まえて、領域194には、制御値予測モデルは「変更」が推奨される状態であり、結果予測モデルは「現状維持」でよい状態であることが表示される。なお、領域194における制御値予測モデル及び結果予測モデルの状態表示の方法は、運転員にそれぞれの状態を通知し得る形態であればよく、図5のように「変更」や「現状維持」といった表示に限定されるものではない。例えば、上記具体例を用いた説明で算出した絶対誤差または誤差などを表示するようにしてもよい。 Further, in the area 194, the states of the control value prediction model and the result prediction model are also displayed. To explain using specific values, in the case of FIG. 5, referring to the trend graph in area 192, at the current time ("00:55" according to area 191), the predictive control result (first (predictive control result) is "1.18 degrees," the predictive control result by the control value prediction model M2 (second predictive control result) is "1.29 degrees," and the measured data is "1.22 degrees." As shown in area 194, since the control target value is set to "1.0 degrees," the first absolute error is "0.18 degrees," and the second absolute error is "0.29 degrees." ”. In other words, the absolute error of the control value prediction model M1 is smaller than that of the currently selected main control value prediction model M2. Recommendations are presented. Note that since each absolute error is within "0.3 degrees" of the first threshold value, relearning of the control value prediction model is not recommended. Further, the absolute error (third absolute error) between the predictive control result (second predictive control result) of the control value prediction model M2 used in the plant 210 and the measured data is "0.07 degree", Since it is within "0.2 degrees" of the second threshold, it is not recommended to retrain the result prediction model. Based on the above, it is displayed in the area 194 that the control value prediction model is in a state where "change" is recommended, and the result prediction model is in a state where "maintaining the status quo" is sufficient. Note that the method for displaying the status of the control value prediction model and the result prediction model in area 194 may be any form that can notify the operator of the respective status, such as "change" or "maintain status quo" as shown in FIG. It is not limited to display. For example, the absolute error or error calculated in the explanation using the above specific example may be displayed.

以上に説明したように、第1の実施形態に係る運転管理支援装置100によれば、施設(プラント210)を運転するために必要な所定の制御について、運転員の知見が反映された説明性のある制御値予測モデルを使用して、制御値予測モデル計算部150が予測制御値を算出し、機械学習によって実績範囲内では高精度な制御結果を予測可能な結果予測モデルに上記予測制御値を入力して、結果予測モデル計算部160が予測制御結果を算出し、上記予測制御値と制御目標値との差分に基づいて、精度評価処理部170が制御値予測モデルを評価することにより、信頼度の高い予測制御値を算出可能な精度の高い制御値予測モデルを運転員が容易に選択できるよう支援することができる。この結果、経験の少ない施設の管理における運転員の意思決定に対して、運転員が熟練者でなくても、意思決定の迅速化及び精度向上を支援することができる。 As described above, according to the operation management support device 100 according to the first embodiment, the predetermined control necessary for operating the facility (plant 210) can be explained with the knowledge of the operator reflected. Using a certain control value prediction model, the control value prediction model calculation unit 150 calculates a predicted control value, and uses machine learning to apply the predicted control value to a result prediction model that can predict highly accurate control results within the actual range. is input, the result prediction model calculation unit 160 calculates a predictive control result, and the accuracy evaluation processing unit 170 evaluates the control value prediction model based on the difference between the predicted control value and the control target value. It is possible to assist the operator in easily selecting a highly accurate control value prediction model that can calculate predicted control values with high reliability. As a result, it is possible to support the speed and accuracy of decision-making by operators with little experience in facility management, even if the operators are not experts.

より具体的には、上記制御値がプラント210に注入する薬品の使用量(例えば凝集剤注入率)であるとすれば、運転管理支援装置100が適切な凝集剤注入率の予測制御値を高精度で算出可能な制御値予測モデルを運転員に提示できることにより、薬品の使用量が不足または過剰となることを早期に判断して防止し、薬品の使用量の最適化を支援することができる。さらに、薬品の使用量が最適化できれば、薬品の補充及び運案の頻度が下がるため、薬品の製造時及び運搬時に排出される二酸化炭素ガスの排出量を低減する効果にも期待できる。 More specifically, if the control value is the amount of chemical used (for example, flocculant injection rate) to be injected into the plant 210, the operation management support device 100 increases the predicted control value of the appropriate flocculant injection rate. By being able to present operators with a control value prediction model that can be calculated with high accuracy, it is possible to early determine and prevent insufficient or excessive amounts of chemicals being used, and support optimization of chemical usage. . Furthermore, if the amount of chemicals used can be optimized, the frequency of replenishing and transporting chemicals will be reduced, which can also be expected to reduce the amount of carbon dioxide gas emitted during manufacturing and transportation of chemicals.

また、第1の実施形態に係る運転管理支援装置100によれば、結果予測モデル計算部160算出した予測制御結果と施設における実際の計測データとの差分に基づいて、精度評価処理部170が結果予測モデルを評価することにより、現在選択されている結果予測モデルの精度が十分であるかを判定し、精度が不足している場合には結果予測モデル学習部130による結果予測モデルの再学習を促すことができるため、予測制御結果を算出する結果予測モデルの精度を高く維持することができる。 Further, according to the operation management support device 100 according to the first embodiment, the accuracy evaluation processing unit 170 calculates the results based on the difference between the predictive control results calculated by the result prediction model calculation unit 160 and the actual measurement data in the facility. By evaluating the prediction model, it is determined whether the accuracy of the currently selected result prediction model is sufficient, and if the accuracy is insufficient, the result prediction model learning unit 130 retrains the result prediction model. Therefore, the accuracy of the result prediction model for calculating the predictive control result can be maintained at a high level.

かくして、本実施形態に係る運転管理支援装置100によれば、実績範囲内では高精度の結果を予測可能なデジタルツインを構築し、制御値の予測に運転員の知見が反映されて説明性があるモデル使用することで、少人数の運転員でも複数のプラントを効率的に維持管理することを支援できる。 Thus, according to the operation management support device 100 according to the present embodiment, a digital twin that can predict highly accurate results within the actual performance range is constructed, and the operator's knowledge is reflected in the prediction of control values to improve explainability. By using a certain model, even a small number of operators can support the efficient maintenance and management of multiple plants.

(2)第2の実施形態
図6は、本発明の第2の実施形態に係る運転管理支援装置300の構成例を示すブロック図である。図6に示す運転管理支援装置300は、図1に示した第1の実施形態に係る運転管理支援装置100に実績データ分類部310が追加された構成を備え、運転管理支援装置100と共通する構成及びその処理については、説明を省略する。
(2) Second Embodiment FIG. 6 is a block diagram showing a configuration example of an operation management support device 300 according to a second embodiment of the present invention. The operation management support device 300 shown in FIG. 6 has a configuration in which a performance data classification unit 310 is added to the operation management support device 100 according to the first embodiment shown in FIG. Description of the configuration and its processing will be omitted.

実績データ分類部310は、実績DB110に格納されている実績計測データ(被処理水濁度、被処理水のアルカリ度、水温、及びpHなど)間の類似度に基づいて、所定のデータをグループに分類する。グループ分けの手法は、例えばk-means法を用いた機械学習であるが、その他の機械学習や統計的処理等でもよく、特に限定されない。 The performance data classification unit 310 groups predetermined data based on the similarity between the performance measurement data (turbidity of water to be treated, alkalinity of water to be treated, water temperature, pH, etc.) stored in the performance DB 110. Classify into. The grouping method is, for example, machine learning using the k-means method, but other machine learning, statistical processing, or the like may be used, and is not particularly limited.

図7は、実績計測データのグループ分類の一例を示す図である。図7の分類グラフ320には、実績DB110に格納された複数の実績計測データが被処理水濁度及び水温に基づいてグループに分類された結果の一例がグラフ表示されている。分類グラフ320において、横軸は被処理水濁度であり、縦軸は水温である。 FIG. 7 is a diagram showing an example of group classification of performance measurement data. The classification graph 320 in FIG. 7 graphically displays an example of the results of classifying a plurality of performance measurement data stored in the performance DB 110 into groups based on the turbidity and water temperature of the water to be treated. In the classification graph 320, the horizontal axis is the turbidity of the water to be treated, and the vertical axis is the water temperature.

図7の分類グラフ320の場合は、被処理水濁度及び水温がどちらも低いグループ1、被処理水濁度が高く水温が低いグループ2、被処理水濁度が低く水温が高いグループ3、被処理水濁度及び水温がどちらも高いグループ4の4つのグループに実績計測データが分類されている。 In the case of the classification graph 320 in FIG. 7, Group 1 has both low turbidity and water temperature of the treated water, Group 2 has high turbidity of the treated water and low water temperature, Group 3 has low turbidity of the treated water and high water temperature, Actual measurement data is classified into four groups, including group 4, in which both the turbidity and temperature of the water to be treated are high.

また、実績データ分類部310は、上記と同様のグループ分類によって、制御値予測モデルから算出された予測制御値もグループに分類することができる。そして第2の実施形態では、実績データ分類部310によって分類されるグループごとに、制御値予測モデル選択部140が予測制御値の精度が高い制御値予測モデルを選択するグループ別制御予測モデル選択処理を実行する。 Furthermore, the performance data classification unit 310 can also classify predicted control values calculated from the control value prediction model into groups using the same group classification as described above. In the second embodiment, a group-based control prediction model selection process is performed in which the control value prediction model selection unit 140 selects a control value prediction model with high accuracy of predicted control values for each group classified by the performance data classification unit 310. Execute.

図8は、グループ別制御予測モデル選択処理の処理手順例を示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure for group-specific control prediction model selection processing.

図8によればまず、制御値予測モデル選択部140は、不図示の記録媒体に格納されている制御値予測モデルを1つ呼び出す(ステップS401)。本例では、2つの制御値予測モデルM1,M2が格納されており、最初に制御値予測モデルM1を呼び出すとして以下の説明を行うが、記録媒体に格納されている制御値予測モデルの数は3以上であってもよいし、呼び出す制御値予測モデルの順番は任意であってよい。 According to FIG. 8, first, the control value prediction model selection unit 140 calls one control value prediction model stored in a recording medium (not shown) (step S401). In this example, two control value prediction models M1 and M2 are stored, and the following explanation assumes that the control value prediction model M1 is called first, but the number of control value prediction models stored in the recording medium is The number of control value prediction models may be three or more, and the order of calling the control value prediction models may be arbitrary.

次に、制御値予測モデル選択部140は、ステップS401で呼び出した制御値予測モデルで使用する実績計測データを実績DB110から取得する(ステップS402)。ステップS402の処理は、図2のステップS102で説明した制御値予測モデル学習部120の処理と同様である。 Next, the control value prediction model selection unit 140 acquires performance measurement data used in the control value prediction model called in step S401 from the performance DB 110 (step S402). The process of step S402 is similar to the process of the control value prediction model learning unit 120 described in step S102 of FIG.

次に、制御値予測モデル選択部140は、ステップS401で呼び出した制御値予測モデル(制御値予測モデルM1)について、不図示の記録媒体に格納されている当該制御値予測モデルの係数を取得する(ステップS403)。ステップS403で取得される係数は、図2のステップS104で不図示の記録媒体に格納された係数である。 Next, for the control value prediction model (control value prediction model M1) called in step S401, the control value prediction model selection unit 140 acquires the coefficients of the control value prediction model stored in a recording medium (not shown). (Step S403). The coefficient acquired in step S403 is the coefficient stored in the recording medium (not shown) in step S104 of FIG.

次に、制御値予測モデル選択部140は、ステップS401で呼び出した制御値予測モデル(制御値予測モデルM1)に、ステップS402で取得した実績計測データ及びステップS403で取得した係数を入力して、予測制御値(第1の予測制御値)を算出する(ステップS404)。第1の実施形態と同様に、プラント210が浄水場であるとした場合、ステップS404で算出される予測制御値は、例えば凝集剤注入率の予測制御値である。 Next, the control value prediction model selection unit 140 inputs the performance measurement data acquired in step S402 and the coefficient acquired in step S403 to the control value prediction model (control value prediction model M1) called in step S401, A predictive control value (first predictive control value) is calculated (step S404). As in the first embodiment, when the plant 210 is a water purification plant, the predicted control value calculated in step S404 is, for example, a predicted control value of the flocculant injection rate.

次に、制御値予測モデル選択部140は、実績データ分類部310によるグループ分類に従って、ステップS404で算出した予測制御値(第1の予測制御値)を分類する(ステップS405)。 Next, the control value prediction model selection unit 140 classifies the predicted control value (first predicted control value) calculated in step S404 according to the group classification by the performance data classification unit 310 (step S405).

次に、制御値予測モデル選択部140は、実績データ分類部310によるグループごとに、ステップS404で算出した予測制御値とステップS402で取得した実績計測データとの平均絶対誤差(MAE)を算出する(ステップS406)。ここで、平均絶対誤差の算出式は、例えば上述した式4を用いればよいが、第1の実施形態における説明と同様に、学習に用いた実績計測データの凝集剤注入率の最大値及び最小値を用いて正規化した値を用いる等としてもよい。また、予測制御値の精度の指標となるものであれば、平均絶対誤差ではなく平均絶対誤差率(MAER)等を用いてもよい。 Next, the control value prediction model selection unit 140 calculates the mean absolute error (MAE) between the predicted control value calculated in step S404 and the performance measurement data acquired in step S402 for each group determined by the performance data classification unit 310. (Step S406). Here, the formula for calculating the average absolute error may be, for example, the formula 4 described above, but similarly to the explanation in the first embodiment, the maximum value and minimum value of the flocculant injection rate of the actual measurement data used for learning It is also possible to use a value normalized using a value. Moreover, the average absolute error rate (MAER) or the like may be used instead of the average absolute error as long as it serves as an index of the accuracy of the predictive control value.

次に、制御値予測モデル選択部140は、上記ステップS401~S406の処理を未処理の制御値予測モデルが残っているか否かを判定する(ステップS407)。未処理の制御値予測モデルが有る場合は(ステップS407のYES)、ステップS401に戻り、未処理の制御値予測モデル(例えば、制御値予測モデルM2)に対してステップS401~S406の処理を実行する。未処理の制御値予測モデルがない場合は(ステップS407のNO)、ステップS408に進む。 Next, the control value prediction model selection unit 140 determines whether there are any remaining control value prediction models that have not been processed in steps S401 to S406 (step S407). If there is an unprocessed control value prediction model (YES in step S407), return to step S401 and execute the processes of steps S401 to S406 on the unprocessed control value prediction model (for example, control value prediction model M2). do. If there is no unprocessed control value prediction model (NO in step S407), the process advances to step S408.

ステップS408では、制御値予測モデル選択部140は、グループごとに(例えば、図7のようなグループ分類が行われる場合、グループ1~4のそれぞれで)、各制御値予測モデル(制御値予測モデルM1,M2)から算出した平均絶対誤差を比較する。 In step S408, the control value prediction model selection unit 140 selects each control value prediction model (control value prediction model Compare the average absolute errors calculated from M1, M2).

そして、制御値予測モデル選択部140は、グループごとに、ステップS408の比較において平均絶対誤差が最も小さい制御値予測モデルを、予測制御値の精度が高い制御値モデルとして選択し(ステップS409)、グループ別制御予測モデル選択処理を終了する。本例では、ステップS409において、グループ1,3では制御値予測モデルM2を選択し、グループ2,4では制御値予測モデルM1を選択したものとする。 Then, the control value prediction model selection unit 140 selects, for each group, the control value prediction model with the smallest average absolute error in the comparison in step S408 as the control value model with high accuracy of the predicted control value (step S409), The group-by-group control prediction model selection process ends. In this example, it is assumed that in step S409, the control value prediction model M2 is selected for groups 1 and 3, and the control value prediction model M1 is selected for groups 2 and 4.

第2の実施形態において制御値予測モデル計算部150は、第1の実施形態と同様に、制御値予測モデル学習部120が学習した複数の制御値予測モデル(例えば制御値予測モデルM1,M2)に、プラント210の計測データ(現時刻の情報)を入力し、それぞれの予測制御値を算出する。 In the second embodiment, the control value prediction model calculation unit 150 calculates a plurality of control value prediction models (for example, control value prediction models M1 and M2) learned by the control value prediction model learning unit 120, as in the first embodiment. Measured data (current time information) of the plant 210 is inputted to calculate each predictive control value.

さらに、第2の実施形態に固有の処理として、制御値予測モデル計算部150は、上記の計測データから、現在の計測データが所属するグループを特定する。現合の計測データのグループ特定は、実績データ分類部310が実行してもよい。 Furthermore, as a process specific to the second embodiment, the control value prediction model calculation unit 150 identifies the group to which the current measurement data belongs from the above measurement data. The performance data classification unit 310 may perform group identification of the current measurement data.

そして、制御値予測モデル計算部150は、特定した現在のグループに応じて、図8のステップS409でグループごとに選択された制御値モデルの予測制御値を、プラント210の監視制御システムに送信する。前述した具体例を適用すると、特定した現在のグループが1,3の場合は制御値予測モデルM2の予測制御値を送信し、特定した現在のグループが2,4の場合は制御値予測モデルM1の予測制御値を送信する。そしてプラント210の監視制御システムは、受信した予測制御値を用いて、プラント210の凝集剤注入ポンプの運転を制御する。なお、プラント210の監視制御システムは、受信した予測制御値をそのまま運用するのではなく、運転員による確認を経てから運用するようにしてもよい。 Then, the control value prediction model calculation unit 150 transmits the predicted control values of the control value model selected for each group in step S409 of FIG. 8 to the monitoring control system of the plant 210, according to the specified current group. . Applying the above-mentioned specific example, if the specified current groups are 1 or 3, the predicted control value of the control value prediction model M2 is transmitted, and if the specified current group is 2 or 4, the predicted control value of the control value prediction model M1 is transmitted. Send the predicted control value. The supervisory control system of the plant 210 then controls the operation of the flocculant injection pump of the plant 210 using the received predicted control value. Note that the supervisory control system of the plant 210 may not operate the received predicted control values as they are, but may operate them after confirmation by an operator.

以上に説明したように、第2の実施形態に係る運転管理支援装置300によれば、実績計測データを複数のグループに分類し、現在の実績計測データがどのグループに所属するかに応じて、選択する予測制御モデル及びプラント210で適用する予測制御値を決定することができる。具体的には例えば、グループ2もしくは4を降雨時のグループとし、グループ1を冬期用のグループとし、グループ3を夏期用のグループ等とすることにより、年間の水質変動に応じて適切な制御値予測モデルを選択することが可能となる。この結果、第1の実施形態よりもさらに、薬品の使用量の最適化に期待することができる。また、第2の実施形態に係る運転管理支援装置300は、第1の実施形態に係る運転管理支援装置100の構成も備えていることから、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。 As explained above, according to the operation management support device 300 according to the second embodiment, performance measurement data is classified into a plurality of groups, and depending on which group the current performance measurement data belongs to, A predictive control model to select and a predictive control value to be applied in the plant 210 can be determined. Specifically, for example, by setting Group 2 or 4 as a group for rain, group 1 as a group for winter, group 3 as a group for summer, etc., appropriate control values can be set according to annual water quality fluctuations. It becomes possible to select a prediction model. As a result, it can be expected that the amount of chemicals used will be further optimized than in the first embodiment. Further, since the operation management support device 300 according to the second embodiment also has the configuration of the operation management support device 100 according to the first embodiment, it is possible to obtain the same effects as the first embodiment. can.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した各実施形態は本発明を分かりやすく説明するためのものであり、必ずしもすべての構成を備えるものに限定されない。また、各構成が有する機能は任意の組み合わせで一体化されてもよく、例えば制御値予測モデル学習部120及び制御値予測モデル選択部140をまとめてもよい。さらに、運転管理支援装置100,300は、図示しないプロセッサ(CPU)とメモリ及びHDDなどの記憶手段と、ネットワークインタフェースを有するコンピュータにソフトウェアとして格納されるが、これらは必ずしもプラント210内に設置されている必要はなく、プラント210から離れた場所に設置されていてもよい。 Note that the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the embodiments described above are for explaining the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to all the configurations. Further, the functions of each component may be integrated in any combination, for example, the control value prediction model learning section 120 and the control value prediction model selection section 140 may be combined. Further, the operation management support devices 100 and 300 are stored as software in a computer having a processor (CPU), a storage means such as a memory and an HDD, and a network interface (not shown), but these are not necessarily installed in the plant 210. It does not need to be located at the plant 210, and may be located at a location remote from the plant 210.

また、第1及び第2の実施形態では、浄水場の薬品の注入制御に本発明を適用した例を示したが、本発明は下水処理場のブロワ制御、電力プラントやごみ処理場の温度制御など、説明性を必要とする施設において所定種別の制御値を使用する維持管理業務に広く適用可能であり、適用先は特に限定されない。 Furthermore, in the first and second embodiments, an example was shown in which the present invention was applied to chemical injection control in a water treatment plant, but the present invention also applies to blower control in a sewage treatment plant, temperature control in an electric power plant, and a garbage treatment plant. It can be widely applied to maintenance work that uses a predetermined type of control value in facilities that require explainability, such as, and the application is not particularly limited.

100,300 運転管理支援装置
110 実績DB
120 制御値予測モデル学習部
130 結果予測モデル学習部
140 制御値予測モデル選択部
150 制御値予測モデル計算部
160 結果予測モデル計算部
170 精度評価処理部
180 表示処理部
190 処理結果画面
210 プラント
220 表示装置
310 実績データ分類部
320 分類グラフ
100,300 Operation management support device 110 Results DB
120 Control value prediction model learning section 130 Result prediction model learning section 140 Control value prediction model selection section 150 Control value prediction model calculation section 160 Result prediction model calculation section 170 Accuracy evaluation processing section 180 Display processing section 190 Processing result screen 210 Plant 220 Display Device 310 Actual data classification unit 320 Classification graph

Claims (12)

プラントの運転に関する所定の制御について、前記プラントの実績を示す計測データを入力として前記制御における制御値の予測値である予測制御値を算出する1以上の制御値予測モデルと、
前記予測制御値を入力として前記制御の制御結果の予測値である予測制御結果を算出する結果予測モデルと、
前記計測データを入力して、1以上の前記制御値予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御値を算出する制御値予測モデル計算部と、
前記制御値予測モデル計算部によって算出された制御値予測モデルごとの予測制御値を入力して、前記結果予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御結果を算出する結果予測モデル計算部と、
前記結果予測モデル計算部によって算出された制御値予測モデルごとの予測制御結果と予め定められた前記プラントの制御目標値とを比較して、それぞれの予測制御結果を算出した制御値予測モデルの精度を評価することにより、前記プラントに適用して好適な制御値予測モデルを判断する精度評価処理部と、
前記制御値予測モデル計算部によって算出された予測制御値、及び前記精度評価処理部による評価の結果を少なくとも含む処理結果情報を出力する出力処理部と、
を備えることを特徴とする運転管理支援装置。
One or more control value prediction models that calculate a predicted control value that is a predicted value of a control value in the control by inputting measurement data indicating the performance of the plant regarding predetermined control regarding the operation of the plant;
a result prediction model that calculates a predictive control result that is a predicted value of the control result of the control using the predictive control value as input;
a control value prediction model calculation unit that inputs the measurement data and calculates a predicted control value for each control value prediction model from one or more of the control value prediction models;
a result prediction model calculation unit that inputs the predicted control value for each control value prediction model calculated by the control value prediction model calculation unit and calculates a predictive control result for each control value prediction model from the result prediction model;
Accuracy of the control value prediction model that calculates each predictive control result by comparing the predictive control result for each control value prediction model calculated by the result prediction model calculation unit with a predetermined control target value for the plant. an accuracy evaluation processing unit that determines a suitable control value prediction model to be applied to the plant by evaluating the
an output processing unit that outputs processing result information including at least the predicted control value calculated by the control value prediction model calculation unit and the result of the evaluation by the accuracy evaluation processing unit;
An operation management support device comprising:
前記制御値予測モデルは、運転員の知見が反映された、経験式、統計的モデル、または物理モデルの少なくとも何れかである
ことを特徴とする請求項1に記載の運転管理支援装置。
The operation management support device according to claim 1, wherein the control value prediction model is at least one of an empirical formula, a statistical model, or a physical model that reflects the knowledge of an operator.
前記計測データを用いて前記制御値予測モデルを学習する制御値予測モデル学習部と、
前記制御値予測モデル学習部による学習の結果に基づいて、2以上の前記制御値予測モデルのうちから、算出する予測制御値の精度が高い第1の制御値予測モデルを選択する制御値予測モデル選択部と、をさらに備え、
前記制御値予測モデル選択部は、前記選択した第1の制御値予測モデルを前記プラントの運転に適用する
ことを特徴とする請求項1に記載の運転管理支援装置。
a control value prediction model learning unit that learns the control value prediction model using the measurement data;
A control value prediction model that selects a first control value prediction model with high accuracy of the predicted control value to be calculated from among the two or more control value prediction models based on the learning result by the control value prediction model learning unit. further comprising a selection section;
The operation management support device according to claim 1, wherein the control value prediction model selection unit applies the selected first control value prediction model to the operation of the plant.
前記精度評価処理部は、前記第1の制御値予測モデルの予測制御値を用いて前記結果予測モデルから算出された予測制御結果と前記プラントの制御目標値との差分よりも、前記第1の制御値予測モデル以外の第2の制御値予測モデルの予測制御値を用いて前記結果予測モデルから算出された予測制御結果と前記プラントの制御目標値との差分のほうが小さい場合に、前記第1の制御値予測モデルよりも前記第2の制御値予測モデルを前記プラントに適用して好適な制御値予測モデルと判断し、当該判断の結果の出力を前記出力処理部に指示する
ことを特徴とする請求項3に記載の運転管理支援装置。
The accuracy evaluation processing unit is configured to evaluate the accuracy of the first control value more than the difference between the predictive control result calculated from the result prediction model using the predictive control value of the first control value prediction model and the control target value of the plant. When the difference between the predicted control result calculated from the result prediction model using the predicted control value of the second control value prediction model other than the control value prediction model and the control target value of the plant is smaller, the first The second control value prediction model is applied to the plant and determined to be a more suitable control value prediction model than the control value prediction model of , and the output processing unit is instructed to output the result of the determination. The operation management support device according to claim 3.
前記精度評価処理部は、前記制御値予測モデル計算部によって算出された制御値予測モデルごとの予測制御結果と前記プラントの制御目標値との差分が、所定の第1の閾値よりも大きい場合は、当該予測制御結果の算出に用いられた制御予測値を算出した制御値予測モデルの再学習を推奨する旨の出力を前記出力処理部に指示する
ことを特徴とする請求項3に記載の運転管理支援装置。
If the difference between the predictive control result for each control value prediction model calculated by the control value prediction model calculation unit and the control target value of the plant is larger than a predetermined first threshold, the accuracy evaluation processing unit 4. The operation according to claim 3, further comprising: instructing the output processing unit to output a recommendation to re-learn a control value prediction model that has calculated the control prediction value used to calculate the predictive control result. Management support equipment.
前記精度評価処理部は、前記第1の制御値予測モデルの予測制御値を用いて前記結果予測モデルから算出された予測制御結果と前記プラントの計測データとに基づいて、当該結果予測モデルの精度を評価する
ことを特徴とする請求項3に記載の運転管理支援装置。
The accuracy evaluation processing unit evaluates the accuracy of the result prediction model based on the predictive control result calculated from the result prediction model using the predictive control value of the first control value prediction model and the measurement data of the plant. The operation management support device according to claim 3, wherein the operation management support device evaluates.
前記計測データを用いて前記結果予測モデルを学習する結果予測モデル学習部をさらに備え、
前記精度評価処理部は、前記第1の制御値予測モデルの予測制御値を用いて前記結果予測モデルから算出された予測制御結果と前記プラントの計測データとの差分が、所定の第2の閾値よりも大きい場合は、当該結果予測モデルの再学習を推奨する旨の出力を前記出力処理部に指示する
ことを特徴とする請求項6に記載の運転管理支援装置。
further comprising a result prediction model learning unit that learns the result prediction model using the measurement data,
The accuracy evaluation processing unit determines that the difference between the predictive control result calculated from the result prediction model using the predictive control value of the first control value predictive model and the measured data of the plant is a predetermined second threshold value. 7. The operation management support device according to claim 6, wherein if the result prediction model is larger than , the output processing unit is instructed to output a recommendation to re-learn the result prediction model.
前記出力処理部が出力する前記処理結果情報には、前記計測データと、前記第1の制御値予測モデルの予測制御値及び前記結果予測モデルの予測制御結果とのトレンドグラフが含まれる
ことを特徴とする請求項3に記載の運転管理支援装置。
The processing result information output by the output processing unit includes a trend graph of the measurement data, a predicted control value of the first control value prediction model, and a predicted control result of the result prediction model. The operation management support device according to claim 3.
前記計測データ間の類似度に基づいてデータをグループに分類する実績データ分類部をさらに備え、
実績データ分類部は、前記制御値予測モデル計算部が2以上の前記制御値予測モデルから算出した制御値予測モデルごとの予測制御値を前記グループに分類し、
前記制御値予測モデル選択部は、前記グループごとに、前記実績データ分類部によって当該グループに分類された予測制御値のうちで最も精度が高い予測制御値を算出した制御値予測モデルを、当該グループにおける前記第1の制御値予測モデルとして選択し、
前記制御値予測モデル計算部は、前記プラントの現在の計測データが所属する前記グループを特定し、特定したグループに対応する前記第1の制御値予測モデルを、前記プラントの運転に適用する
ことを特徴とする請求項3に記載の運転管理支援装置。
further comprising a performance data classification unit that classifies data into groups based on the degree of similarity between the measurement data,
The performance data classification unit classifies the predicted control values for each control value prediction model calculated by the control value prediction model calculation unit from the two or more control value prediction models into the groups,
The control value prediction model selection unit selects, for each group, a control value prediction model that has calculated the most accurate predicted control value among the predicted control values classified into the group by the performance data classification unit. selected as the first control value prediction model in
The control value prediction model calculation unit specifies the group to which current measurement data of the plant belongs, and applies the first control value prediction model corresponding to the specified group to the operation of the plant. The operation management support device according to claim 3.
前記結果予測モデル学習部は、前記計測データを用いた機械学習によって前記結果予測モデルを学習する
ことを特徴とする請求項7に記載の運転管理支援装置。
The operation management support device according to claim 7, wherein the result prediction model learning unit learns the result prediction model by machine learning using the measurement data.
前記プラントは浄水場であり、
前記制御値予測モデルは、前記浄水場への所定の薬剤の注入に関する予測モデルであり、
前記結果予測モデルは、前記浄水場の処理水の水質に関する予測モデルであり、
前記計測データには、前記浄水場における水質、水量、操作量の少なくとも何れかのデータが含まれる
ことを特徴とする請求項1に記載の運転管理支援装置。
the plant is a water treatment plant;
The control value prediction model is a prediction model regarding injection of a predetermined drug into the water purification plant,
The result prediction model is a prediction model regarding the quality of treated water at the water purification plant,
The operation management support device according to claim 1, wherein the measurement data includes at least any one of data on water quality, water amount, and operation amount in the water purification plant.
プラントの運転に関する所定の制御に対する運転員の意思決定を支援する運転管理支援装置による運転管理支援方法であって、
前記運転管理支援装置は、
前記プラントの実績を示す計測データを入力として前記制御における制御値の予測値である予測制御値を算出する1以上の制御値予測モデルと、
前記予測制御値を入力として前記制御の制御結果の予測値である予測制御結果を算出する結果予測モデルと、
を有し、
前記運転管理支援装置が、前記計測データを入力して、1以上の前記制御値予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御値を算出する制御値予測モデル計算ステップと、
前記運転管理支援装置が、前記制御値予測モデル計算ステップで算出された制御値予測モデルごとの予測制御値を入力して、前記結果予測モデルから制御値予測モデルごとの予測制御結果を算出する結果予測モデル計算ステップと、
前記運転管理支援装置が、前記結果予測モデル計算ステップで算出された制御値予測モデルごとの予測制御結果と予め定められた前記プラントの制御目標値とを比較して、それぞれの予測制御結果を算出した制御値予測モデルの精度を評価することにより、前記プラントに適用して好適な制御値予測モデルを判断する精度評価ステップと、
前記運転管理支援装置が、前記制御値予測モデル計算ステップで算出された予測制御値、及び前記精度評価ステップによる評価の結果を少なくとも含む処理結果情報を出力する出力ステップと、
を備えることを特徴とする運転管理支援方法。
An operation management support method using an operation management support device that supports operator decision-making regarding predetermined control regarding plant operation, the method comprising:
The operation management support device includes:
one or more control value prediction models that calculate predicted control values that are predicted values of control values in the control by inputting measurement data indicating the performance of the plant;
a result prediction model that calculates a predictive control result that is a predicted value of the control result of the control using the predictive control value as input;
has
a control value prediction model calculation step in which the operation management support device inputs the measurement data and calculates a predicted control value for each control value prediction model from one or more of the control value prediction models;
A result in which the operation management support device inputs the predictive control value for each control value prediction model calculated in the control value prediction model calculation step and calculates a predictive control result for each control value prediction model from the result prediction model. a predictive model calculation step;
The operation management support device compares the predictive control results for each control value prediction model calculated in the result prediction model calculation step with a predetermined control target value for the plant, and calculates each predictive control result. an accuracy evaluation step of determining a suitable control value prediction model to be applied to the plant by evaluating the accuracy of the control value prediction model;
an output step in which the operation management support device outputs processing result information including at least the predicted control value calculated in the control value prediction model calculation step and the result of the evaluation in the accuracy evaluation step;
An operation management support method comprising:
JP2022121029A 2022-07-28 2022-07-28 Operation management support device and operation management support method Pending JP2024018002A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022121029A JP2024018002A (en) 2022-07-28 2022-07-28 Operation management support device and operation management support method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022121029A JP2024018002A (en) 2022-07-28 2022-07-28 Operation management support device and operation management support method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024018002A true JP2024018002A (en) 2024-02-08

Family

ID=89807551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022121029A Pending JP2024018002A (en) 2022-07-28 2022-07-28 Operation management support device and operation management support method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024018002A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bagheri et al. Advanced control of membrane fouling in filtration systems using artificial intelligence and machine learning techniques: A critical review
Yel et al. Prediction of primary treatment effluent parameters by Fuzzy Inference System (FIS) approach
JP2020065964A (en) Wastewater treatment method and wastewater treatment system
CN107949814A (en) System and method for waste water treatment process control
KR102440372B1 (en) Providing method, apparatus and computer-readable medium of managing influent environmental information of sewage treatment facilities based on big data and artificial intelligence
CN103744293A (en) Waste water treatment monitoring method and system based on fuzzy neural network
JP6693902B2 (en) Database manufacturing method and water treatment or sludge treatment system
KR102440371B1 (en) Providing method, apparatus and computer-readable medium of managing effluent environmental information of sewage treatment facilities based on big data and artificial intelligence
KR20140142491A (en) Artificial Intelligence Programmable Logic Controller System for a Sewage and Wastewater Treatment Apparatus
Wei Modeling and optimization of wastewater treatment process with a data-driven approach
KR20120001116A (en) A system and method for diagnosis algorithm development at wastewater treatment plant operation
Ahmadi et al. An archive-based multi-objective evolutionary algorithm with adaptive search space partitioning to deal with expensive optimization problems: Application to process eco-design
Achite et al. Modeling and optimization of coagulant dosage in water treatment plants using hybridized random forest model with genetic algorithm optimization
JP4146610B2 (en) Turbidity prediction system, turbidity control system and turbidity management system
JP6764486B2 (en) Water treatment plant
JP2024018002A (en) Operation management support device and operation management support method
JPH07160661A (en) Automatic teacher data extraction method for neural network, neural network system using the same and plant operation supporting device
Kyritsakas et al. Forecasting bacteriological presence in treated drinking water using machine learning
Yang et al. Probabilistic modeling and dynamic optimization for performance improvement and risk management of plant-wide operation
Rohkohl et al. Multi-criteria and real-time control of continuous battery cell production steps using deep learning
JP2016139243A (en) Evaluation value calculation system, support system, evaluation value calculation method, and evaluation value calculation program
Fang et al. An intelligent dosing algorithm model for wastewater treatment plant
EP4046080A1 (en) A method and system for monitoring a process
Akbarizadeh et al. Modeling and optimization of poly electrolyte dosage in water treatment process by GMDH Type-NN and MOGA
Tomperi et al. Early warning of changing drinking water quality by trend analysis